Elektromobilität: Laden mit bis zu 12 Megawatt

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Der Prototyp sieht noch ziemlich improvisiert aus. Aus dem armdicken Kabel ragen nicht nur mehr als ein Dutzend rot ummantelter Kupferdrähte heraus, sondern auch metallumflochtene Wasserschläuche, wie sie unter Waschbecken zu finden sind. Wer genau hinschaut, kann in der Mitte sogar eine handelsübliche Gardena-Kupplung für Gartenschläuche entdecken.

Die Schläuche dienen der Kühlung, denn das Kabel und der dazugehörige Stecker sollen viel Strom übertragen. Richtig viel Strom. Bei einem Versuch der RWTH Aachen waren es dauerhaft fünf Megawatt. Das entspricht etwa der Leistung einer ausgewachsenen Windkraftanlage beziehungsweise dem elf-fachen einer CCS-Ladesäule.

Neuer Ladestandard für schwere E-Lastwagen

Damit nicht genug: Bei entsprechender Skalierung des Steckers seien bis zu 12 Megawatt möglich, sagt der Hersteller, die Paxos GmbH mit Sitz im nordrhein-westfälischen Langenfeld – bei bis zu 1500 Volt und 8000 Ampere. Entwickelt wurde das System im Rahmen des vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekt IDEAL ("Innovative DC-Technologie zur nachhaltigen Integration moderner Ladeinfrastruktur für die Elektromobilität").

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Neuer Ladestecker (4 Bilder)

Gezeigt wurden Kabel und Stecker auf der IAA Transportation in Hannover. Dort standen die Hallen voll mit schweren batterieelektrischen Lastwagen. Deren Ladeleistungen steht allerdings oft in keinem Verhältnis zu den gewaltigen Akkus. Bei vielen Modellen bewegen sie sich im Bereich moderner Elektroautos. Kein Wunder: Auch elektrische 40-Tonner sind derzeit noch auf das CCS-Ladesystem angewiesen, das eigentlich für PKWs entwickelt wurde und maximal 350 kW liefert.

Solange die E-Lkws etwa im Kurzstreckenverkehr Supermärkte beliefern und nachts im Depot geladen werden, ist das kein Problem – dafür reicht die Reichweite bereits. Doch für die Langstrecke braucht es deutlich mehr Power. Dafür hat die Branche einen neuen Ladestandard ins Leben gerufen: das Megawatt Charging System (MCS) für Ladeleistungen bis 3,75 MW. Demonstriert wurde bisher allerdings nur eine Ladeleistung von 1 MW. Die finalen Spezifikationen sollen 2024 verabschiedet werden, doch der Stecker war auf der IAA bereits zu sehen. Er ist dreieckig und ähnelt dem bekannten CCS-Stecker, ist allerdings deutlich größer.

Neuer Ladestecker, neues Konzept

Der MCS-Stecker setzt auf das herkömmliche „Pin-Socket“-Prinzip, wie es auch bei Haushaltssteckern zum Einsatz kommt. Dabei werden Stifte in Buchsen eingeführt und von Federklammern festgehalten. Beim Paxos-Stecker hingegen gibt es keine Stifte, sondern mehrere hintereinander angeordnete Kupferringe. Um diese schließt sich dann jeweils motorisch eine Manschette.

Die Vorteile laut Paxos: Die Kontaktfläche sei etwa acht Mal so groß wie bei einer vergleichbaren Stift-Buchse-Lösung; durch den hohen Anpressdruck seien die Kontakte sicherer und die Übertragungsverluste geringer, besonders in staubiger oder feuchter Umgebung; und der Stecker lasse sich einfacher einstecken, weil keine Federn mehr per Muskelkraft auseinandergedrückt werden müssen.

Man habe das System auch als Standard für künftige Hochleistungs-Ladestecker für LKW ins Spiel gebracht, sei aber nicht zum Zuge gekommen, sagt Paxos-Projektingenieur Paul Seeger. Warum setzt die Branche nun auf einen Standard, der deutlich weniger leistungsfähig ist als das System von Paxos?

Bei MAN etwa rechnet man vor, dass 800 Kilowatt Ladeleistung für den Fernverkehr locker reichen würden: Laut Gesetz dürfen Lkw-Fahrer in Europa maximal 4,5 Stunden am Stück fahren. Danach müssen sie 45 Minuten Pause machen. Bei einem Tempo von 80 km/h kämen sie also maximal 360 Kilometer weit. Rechnet man mit einem Verbrauch von 100 bis 150 kWh pro 100 Kilometern, müssten sie in den Pausen 360 bis 540 kWh nachladen. Dazu muss man nicht in den Megawatt-Bereich vorstoßen.

Stromübertragung und Kommunikation mit dem Fahrzeug

Siemens nennt einen anderen Grund. Das Unternehmen ist an beiden Projekten beteiligt – es ist Mitglied der einschlägigen Konsortien und Forschungsprojekte für die Entwicklung des MCS-Steckers, und es hat die Leistungselektronik für das IDEAL-Forschungsprojekt bereitgestellt. "Das Design des Steckers wurde bereits vor einem halben Jahr in die internationalen Standardisierungsgremien gegeben", sagt Stefan Perras, Leiter Vorentwicklung und Innovation für Ladeinfrastruktur bei Siemens. "Die Messe ist gelesen."

Zudem sei die reine Stromübertragung der eher einfache Teil des Ladesystems. Weitaus komplexer sei die Kommunikation mit dem Fahrzeug. "Dieses Thema hat uns beim Stecker am längsten beschäftigt", sagt Perras – und sei der einzige noch offene Baustein beim neuen Ladestandard. Hier favorisieren Siemens und die Mehrheit der Konsortialpartner eine Lösung über Powerline Communication, also der Datenübertragung über die Stromkabel. Eine Herausforderung dabei sei vor allem die Entstörung des Signals. "Es darf nicht vorkommen, dass der Ladevorgang nach ein paar Minuten abbricht, weil ein paar Datenpakete nicht angekommen sind", so Perras.

Paxos-Ingenieur Seeger sieht aber noch genug Anwendungen für noch höhere Ladeleistungen – etwa bei Schiffen, Flugzeugen oder Tagebau-Muldenkippern. Paxos will das System nun für solche Spezialanwendungen weiterentwickeln. Auch Stefan Perras von Siemens rechnet nicht damit, dass ein Megawatt Ladeleistung auf Dauer reichen würde – etwa, wenn bei autonomen Lastwagen die Lenkpausen wegfallen. Aus genau diesem Grund sei das Megawatt Charging System auf bis zu 3,75 Megawatt ausgelegt. "Auch die Luftfahrt will den MCS-Stecker einsetzen", so Perras. "Und wir bekommen viele Anfragen aus der Schifffahrt. Zur Not kann man auch zwei oder drei Anschlüsse parallel nutzen."

(grh)