Algemeen
FastCharge oplaadtechnologie
BMW, Allego, Phoenix Contact, Siemens en Porsche werken aan de ontwikkeling van ultrasnelle oplaadtechnologie voor elektrische voertuigen (foto: Phoenix Contact)

Een consortium dat betrokken is bij het FastCharge project presenteerde onlangs de laatste vorderingen voor een snelle en gemakkelijke energietoevoer voor elektrisch aangedreven voertuigen. In Jettingen-Scheppach in Beieren werd het prototype van een laadstation met een capaciteit tot 450 kW in gebruik genomen. Door de ultrasnelle oplaadtechnologie waren bij elektrisch aangedreven onderzoeksvoertuigen (ontwikkeld als onderdeel van het project) laadtijden van minder dan drie minuten voor de eerste 100 km bereik of vijftien minuten voor volledig opladen (10-80 % State of Charge (SOC)) mogelijk.

Het nieuwe laadstation is geschikt voor elektrische modellen van alle merken van het Type 2 van het internationaal wijd verbreide Combined Charging System (CCS) dat in Europa algemeen gangbaar is. Om te voldoen aan de eisen van snel opladen bij hoge capaciteit worden gekoelde HPC-kabels (High Power Charging) van Phoenix Contact gebruikt, die volledig compatibel zijn met CCS.

Ultrasnelle oplaadtechnologie

Het FastCharge onderzoeksproject wordt uitgevoerd door een industrieconsortium onder leiding van BMW. Andere leden zijn Allego, Phoenix Contact E-Mobility, Porsche en Siemens. FastCharge ontvangt een bijdrage van 7,8 miljoen Euro van het Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur. De implementatie van de subsidierichtlijnen wordt gecoördineerd door de Nationale Organisation Wasserstoff und Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW) .

Snel en gemakkelijk opladen zal de aantrekkingskracht van elektromobiliteit verhogen. De toename in laadcapaciteit tot 450 kW – tussen drie en negen keer de beschikbare capaciteit van de huidige DC snellaadstations –  maakt een substantiële vermindering van de oplaadtijden mogelijk. FastCharge onderzoekt de technische eisen waaraan moet worden voldaan door zowel voertuigen als infrastructuur om deze extreem hoge oplaadcapaciteiten aan te kunnen.

Infrastructuur

De basis van de ultrasnelle oplaadtechnologie wordt gevormd door een krachtige oplaadinfrastructuur. Het energietoevoersysteem van Siemens dat in het project wordt gebruikt stelt onderzoekers in staat om de grenzen van de snellaadcapaciteit van de voertuigbatterijen te testen. Deze kunnen al spanningen van meer dan 920 V aan, het niveau dat in toekomstige elektrisch aangedreven voertuigen wordt verwacht.

Het systeem integreert zowel de hoogvermogenselektronica voor de laadverbindingen als de communicatie-interface naar de elektrische voertuigen. Deze oplaadregelaar zorgt er voor dat de uitgang automatisch wordt aangepast zodat verschillende elektrische auto’s kunnen worden opgeladen vanuit één enkele infrastructuur.

De flexibele modulaire systeemarchitectuur maakt het mogelijk verschillende voertuigen tegelijkertijd op te laden. Dankzij het opladen met hoge stroom en hoge spanning is het geschikt voor een aantal verschillende toepassingen, waaronder het opladen van complete wagenparken en, zoals in dit geval, het opladen langs snelwegen.

Prototypes

Om als onderdeel van het project het systeem te verbinden met het openbare net in Jettingen-Scheppach (aan de A8 Ulm-Augsburg) werd een oplaadcontainer gebouwd met twee oplaadverbindingen. De een zorgt voor een ongekende oplaadcapaciteit van maximaal 450 kW terwijl de tweede tot 175 kW kan leveren. Beide oplaadstations zijn nu gratis beschikbaar voor alle voertuigen die compatibel zijn met CCS.

De prototypes van het Allego oplaadstation dat nu is gepresenteerd gebruikt de Europese Type 2 versie van de CCS oplaadconnectoren. Deze standaard is al met succes beproefd in talloze elektrisch aangedreven voertuigen en is internationaal wijd verbreid.

Bekabeling

Om te voldoen aan de eisen van snel opladen met hoge capaciteit werden gekoelde HPC-kabels van Phoenix Contact gebruikt. De koelvloeistof is een milieuvriendelijk mengsel van water en glycol waardoor het koelcircuit half open kan zijn. Dit maakt onderhoud relatief gemakkelijk in vergelijking met de hermetisch gesloten systemen die olie gebruiken, bijvoorbeeld bij het verversen van de koelvloeistof.

Eén uitdaging was, er voor te zorgen dat de koelslangen in de oplaadlijn niet werden samengeknepen wanneer te worden verbonden met het oplaadstation, wat zou gebeuren met een conventionele kabelwartel. Dat zou direct de koelstroom en daarmee de koelefficiency verminderen. Phoenix Contact heeft dit probleem oplgelost met behulp van een speciaal ontwikkelde kabeldoorvoer met gedefinieerde interfaces voor vermogensoverdracht, communicatie, koeling en geïntegreerde trekontlasting.

Opladen

Afhankelijk van het model kan het ultrasnelle oplaadstation worden gebruikt met voertuigen die zijn voorzien van zowel 400 V als 800 V batterijsystemen. De oplaadcapaciteit wordt direct aangepast aan de maximaal toegestande oplaadcapaciteit van het voertuig. De tijdbesparing als gevolg van de toegenomen oplaadcapaciteit is aangetoond met het BMW i3 onderzoeksvoertuig.

Een enkele 10-80 % SOC oplaadperiode kost nu slechts vijftien minuten voor de hoogspanningsbatterij, die een netto capaciteit van 57 kWh heeft. Dit kan aan voertuigzijde worden bereikt met behulp van een speciaal ontwikkelde hoogspanningsbatterij in combinatie met een intelligente oplaadstrategie. Dit laatste omvat nauwkeurige preconditionering van de opslagtemperatuur bij het begin van het opladen, temperatuurbeheersing tijdens het opladen zelf en een gecoördineerd oplaadcapaciteitsprofiel in de tijd.

Omgekeerde compatibiliteit

Het opladen gebeurt via een nieuwe multispannings netwerk aan voertuigzijde dat gebruik maakt van een hoogspanningsomzetter (DC/DC (HV-DC/DC)), die de vereiste 800 V ingangsspanning van het oplaadstation omzet naar de lagere 400 V systeemspanning van het BMW i3 onderzoeksvoertuig. Het HV-DC/DC systeem geeft het voertuig ook omgekeerde compatibiliteit, waardoor het zowel aan oude als toekomstige oplaadstations kan worden opgeladen.

Een belangrijke factor bij het garanderen van een betrouwbare werking is veilige communicatie tussen het voertuig en het oplaadstation. Om deze redenen worden ook standaardisatiethema’s onderzocht die zijn gerelateerd aan interoperabiliteit en voorgelegd aan standaardisatie-organisaties. Het Porsche onderzoeksvoertuig met een netto batterijcapaciteit van ongeveer 90 kWh bereikt een oplaadcapaciteit van meer dan 400 kW, waardoor oplaadtijden van minder dan drie minuten voor de eerste 100 km mogelijk zijn.

Eerste publicatie door Redactie Aandrijftechniek op 14 jan 2019.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven