Bild 2: Die CCS-Fahrzeug-Ladedosen sind temporär für Ladeströme bis zu 500 A ausgelegt. (Bild: Phoenix Contact)
Auf und besonders neben den Straßen in Deutschland fahren neben PKWs noch eine ganze Reihe anderer Fahrzeuge. Auch wenn der motorisierte Individualverkehr einen Großteil des Straßenverkehrs ausmacht, ist es im Rahmen einer voranschreitenden Elektrifizierung wichtig, die große Bandbreite unterschiedlicher Nutz- und Sonderfahrzeuge nicht außer Acht zu lassen.
Emissionen vermeiden
Der nach wie vor zunehmende Bestand an Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren gerät angesichts zunehmender Umwelt- und Klimaprobleme stärker ins öffentliche Interesse und in die allgemeine Kritik. Daher ist zu erwarten, dass die Elektrifizierung in den kommenden Jahren und Jahrzehnten weiter zunimmt: im öffentlichen Personennahverkehr, im globalen Güterverkehr, im Einsatz städtischer und kommunaler Service-Fahrzeuge, in der Landwirtschaft, im Untertagebau und in vielen anderen Bereichen. Angesichts weltweiter, ehrgeiziger politischer Ziele basierend auf dem Pariser Klimaschutzabkommen, wonach der gesamte Verkehr nach und nach seine Emissionen reduzieren soll, sowie im Hinblick auf den Green Deal der EU, legen einige Länder bereits heute strenge Grenzwerte für die zuvor genannten Einsatzbereiche von Nutz- und Sonderfahrzeugen fest. Zwangsläufig muss die Automobilbranche den Anteil herkömmlicher Verbrenner am Gesamtvolumen des Fahrzeugmarktes deutlich reduzieren. Hersteller von Nutz- und Sonderfahrzeugen, egal ob Groß- oder Kleinserie, können im Anschluss daran ihre Fahrzeuge entsprechend umrüsten oder neu konzipieren.
Ladeinfrastruktur und Ladestandards
Bild 1: CCS-Fahrzeug-Ladedosen bedienen mit dem CCS-Typ-1-Standard den nordamerikanischen Markt und Teile des asiatischen Marktes sowie mit dem CCS-Typ-2-Standard den europäischen Markt. Phoenix Contact
Eigentümer und Verwalter, die emissionsfreie elektrische Nutz- oder Sonderfahrzeuge in ihrem Fuhrpark einsetzen möchten, stehen vor einer Herausforderung: sie müssen ihre Infrastruktur anpassen und beispielsweise Ladestationen auf ihren Betriebshöfen installieren. Im gewerblichen Umfeld ist das vergleichsweise einfach. Die Vorteile gegenüber privaten Installationen liegen auf der Hand: größere Flächen zur Installation von Ladeinfrastruktur sind verfügbar, eine direkte Netzanbindung ermöglicht eine einfachere Erweiterung des Netzanschlusses zur höheren Leistungsübertragung, und oftmals lässt sich die Anbindung an die eigene Energieversorgung – etwa an eine vorhandene Photovoltaik- oder Windkraftanlage – in die Installation integrieren.
Zum Aufladen von PKW haben sich unterschiedliche Standards etabliert. Das Laden mit Gleichstrom (DC) bietet die Möglichkeit, hohe Leistung in kurzer Zeit zu übertragen. Zudem sind die Kontakte und Leitungsquerschnitte größer dimensioniert als bei herkömmlichen Wechselstrom-Stecksystemen (AC). So kann ungekühltes DC-Laden bis zu 250 kW Ladeleistung übertragen. Allgemein trägt das DC-Laden daher auch die Bezeichnung Schnellladen. In Kombination mit einer integrierten Kühlung sind sogar normativ bis zu 500 kW möglich – auch als Ultraschnellladen oder High Power Charging (HPC) bezeichnet.
Für das DC-Laden empfehlen führende Automobilhersteller das Combined Charging System (CCS). Dieses kombinierte Ladestecksystem, in dem sowohl AC- als auch DC-Laden mit nur einer Fahrzeug-Ladedose – auch Inlet genannt – möglich ist, findet Anwendung nach Typ 1 in Nordamerika und nach Typ 2 in Europa. Die Automobilindustrie nutzt diese Ladestandards in den jeweiligen Märkten, während die Ladeinfrastruktur-Anbieter diese bedienen. Auch für das schnelle Laden von Nutz- und Sonderfahrzeugen sind die etablierten CCS-Standards technisch und praktisch „state of the art“.
Schnellladen von Nutz- und Sonderfahrzeugen
Die neuen CCS-Fahrzeug-Ladedosen bieten Herstellern und Umrüstern von Nutz- und Sonderfahrzeugen sowie von elektrisch betriebenen oder hybriden PKW, Krafträdern und Freizeitfahrzeugen leistungsfähige und nach Automotive-Standards geprüfte Komponenten im Bereich der Ladetechnik. Damit ist jetzt auch fahrzeugseitig das DC-Schnellladen bis hin zum High Power Charging möglich (Bild 1).
Bis vor kurzem waren mit dem Combined Charging System fahrzeugseitig lediglich Ladeströme bis zu 200 A umsetzbar. Der weltweite Markt der Elektromobilität – vom Fahrer von Elektrofahrzeugen über den Hersteller und Betreiber von Ladeinfrastruktur bis hin zur Automobilindustrie – fordert deutlich höhere Ladeströme und -leistungen. Alle Marktteilnehmer möchten akzeptable Ladezeiten von wenigen Minuten für praxistaugliche Reichweiten. Akzeptabel sind Ladezeiten für den Endanwender genau dann, wenn sie vergleichbar sind mit den gewohnten Tankzeiten an der Zapfsäule.
Bild 2: Die CCS-Fahrzeug-Ladedosen sind temporär für Ladeströme bis zu 500 A ausgelegt. Phoenix Contact
Überall dort, wo Sonder- und Nutzfahrzeuge gewerblich zum Einsatz kommen, müssen die betreiber Standzeiten auf ein Minimum reduzieren, denn nur eine optimale Auslastung der Fahrzeuge führt zu einem effizienten und ökonomischen Einsatz. CCS-Inlets ermöglichen das Laden mit höheren Ladeströmen bis hin zum High Power Charging und bedienen so die Anforderungen des Marktes (Bild 2).
Konstruktion der CSS-Fahrzeug-Ladedosen
Der DC-Leitungsquerschnitt von bis zu 95 mm² erlaubt temporär Ladeströme von bis zu 500 A. Eine spezielle Anschlusstechnik zwischen den Leistungskontakten und HV-Leitungen soll die Erwärmung des Stecksystems minimieren. Die integrierte Temperatur-Sensorik soll für eine schnelle und exakte Auswertung der Temperatur an den DC-Leistungskontakten sorgen. Die dort gemessene Temperatur dient als Basis zur dynamischen Regulierung des angeforderten Ladestroms durch das Fahrzeug.
Bild 3: Die Außenabmessungen und Anschraubgeometrien der CCS-Typ-1- und CCS-Typ-2-Fahrzeug-Ladedosen sind identisch. Phoenix Contact
Weil die HPC-Ladeinfrastruktur für den Dauerbetrieb ausgelegt ist, erfolgt eine aktive Kühlung. Die Ladeschnittstelle eines Fahrzeugs kühlt hingegen mehrere Stunden ab, während das Fahrzeug im Einsatz ist, bevor der nächste Ladevorgang beginnt. Entsprechend erfolgt fahrzeugseitig keine aktive Kühlung der Leistungskontakte und HV-Leitungen. Stattdessen kommen dynamische Ladeprofile zum Laden der Fahrzeug-Batterien zum Einsatz, wobei der Ladevorgang üblicherweise mit einem hohen Ladestrom beginnt und dann stufenweise heruntergeregelt wird. Eine hohe Ladeleistung ermöglicht es, die Fahrzeug-Batterien so innerhalb weniger Minuten nahezu vollständig aufzuladen.
Durch das genutzte Dichtkonzept erhalten die Ladedosen umfänglichen Schutz nach IP67 für alle innenliegenden stromführenden Teile. Im Frontbereich weisen die Ladedosen darüber hinaus die Schutzart IP6K6K/IP6K9K auf – was einen Wassereintritt über das Steckgesicht verhindert.
Die Außenabmessungen und Anschraub-Geometrien der Fahrzeug-Inlets sind kompakt und in ihren Ausführungen für den CCS-Typ-1-Standard als auch für den CCS-Typ-2-Standard identisch. So können Hersteller und Umrüster den gleichen Bauraum für die Ladedosen in ihren Fahrzeugen für den weltweiten Einsatz vorsehen (Bild 3).
Fazit
Die universell einsetzbaren Fahrzeug-Ladedosen stellen Herstellern und Umrüstern batterieelektrischer oder hybrider PKW, Krafträder und Freizeitfahrzeuge sowie Nutz- und Sondernutzfahrzeuge in vielen Anwendungsbereichen eine leistungsfähige und nach Automobil-Standards geprüfte Ladeschnittstelle zur Verfügung. Damit können diese Fahrzeugtypen jetzt auch vom Schnellladen profitieren, dass über verschiedene Funktionen abgesichert ist.
Julia Krüger
(aok)
