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HPC-Schnellladen: Starker Strom aus kühlem Kabel

Für das schnelle Laden von Elektroautos müssen Nutzer mit hohen Spannungen und starken Strömen hantieren. Schon geringe Kontaktwiderstände lassen die Stecker überhitzen.

Ein Bericht von veröffentlicht am
Ein gekühlter Ladestecker vom Typ CCS 2
Ein gekühlter Ladestecker vom Typ CCS 2 (Bild: Phoenix Contact)

Eine der größten Hürden für die Verbreitung der Elektromobilität ist weiterhin die lange Ladedauer der Batterien. Abhilfe soll der neue Standard HPC schaffen, mit dem sich eine Reichweite von 400 Kilometern in zwölf Minuten in den Akku laden lassen soll. HPC steht dabei für High Power Charging und stellt die Entwickler vor eine neue Herausforderung: Die Ströme in Kabel und Stecker sind so groß, dass nur mithilfe eines eigenen Kühlsystems eine Überhitzung vermieden wird.

Inhalt:
  1. HPC-Schnellladen: Starker Strom aus kühlem Kabel
  2. Geringerer Querschnitt dank Kühlung

Mit HPC stoßen die Ladesysteme in Leistungsbereiche vor, die bislang beim Anschluss von ganzen Straßenzügen erreicht wurden. Mit Spannungen von bis zu 1.000 Volt und Strömen von bis zu 400 Ampere lässt sich eine Ladeleistung von maximal 400 Kilowatt erzielen. Damit überträgt das Ladekabel eine Leistung, wie sie gleichzeitig von 108 Haushaltssteckdosen maximal geliefert werden könnte. In weniger als einer Sekunde kann man damit einen Liter Wasser zum Kochen bringen.

Schon geringe Kontaktwiderstände gefährlich

Welche Probleme mit einer solchen Leistungsübertragung verbunden sind, erläuterte Volkswagen-Ingenieur Matthias Kübel am vergangenen Donnerstag auf der VDI-Tagung ELIV in Bonn. Den Vorschriften zufolge müsste das erforderliche Ladekabel einen Querschnitt von 150 Quadratmillimetern haben. Bei einem Gewicht von 1,65 Kilogramm pro Meter hätte der Elektroautofahrer dann schon einiges zu schleppen. Das sei "nicht darstellbar", sagte Kübel.

Doch weitaus gravierender: Bei Strömen von bis zu 400 Ampere verursachen selbst geringe Kontaktwiderstände am Stecker hohe Wärmeverluste. Schon ein Widerstand von 0,15 Milliohm reicht aus, um aus dem Stecker einen 25-Watt-Lötkolben zu machen. Der bisherige kompakte Kunststoffstecker vom Typ CCS 2 (Combinded Charge System) soll jedoch beibehalten werden. Wärme kann dort schlecht entweichen. Da die Stecker offene Systeme sind und die Kontaktoberflächen durch Staub oder andere Umwelteinflüsse verschmutzt oder beschädigt werden können, könnten noch höhere Kontaktwiderstände schnell die Stecker durchschmoren lassen. Mit möglicherweise fatalen Folgen.

Permanente Kühlung und Temperaturkontrolle

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Schon jetzt schreiben die technischen Richtlinien wie die IEC/TS 62196-3-1 vor, dass Ladestecker und Leitung während eines Ladevorgangs maximal 50 Grad Celsius wärmer als die Umgebungsluft sein dürfen. Dass diese Vorgabe eingehalten wird, will die Industrie künftig nicht mehr dem Zufall überlassen. Schließlich ist bei gleich großem Kontaktwiderstand die Wärmeentwicklung bei 400 Ampere zehnmal so groß wie bei den bislang üblichen 125 Ampere.

Kübel zeigte in seinem Vortrag das System des Herstellers Phoenix Contact (PDF), bei dem Ladestecker und Ladeleitung gekühlt sowie permanent durch vier Temperatursensoren überwacht werden. Damit soll eine Überhitzung des Systems verhindert und eine Notabschaltung bei Ausfall der Kühlung ermöglicht werden.

Geringerer Querschnitt dank Kühlung 
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PiranhA 28. Okt 2017

Im Vergleich zu Kabel sind das etwa zwei Prozent von der Ladestationen bis zum Akku. Die...

Workoft 27. Okt 2017

Nebenbei: Spitzengeschwindigkeiten von E-Autos liegen meist unterhalb vergleichbarer...

M.P. 26. Okt 2017

Dieser unveränderte Stecker auf Seiten der Ladesäule bedingt aber auch, dass sich die...

M.P. 26. Okt 2017

Das Problem ist ja im Artikel erwähnt: Die Trägheit. Man regelt die Moderatorenstäbe...

PaBa 26. Okt 2017

Ja, aber statt den kleinen Stecker als gegeben anzusehen, könnte man sich darüber...


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