Een auto opladen in 3 minuten:

“We willen zorgen dat het opladen van een auto in principe even snel kan gebeuren als het voltanken van een auto”, zegt Teun van Beurden van studententeam InMotion. Met zijn team wil hij over paar jaar meedoen aan de 24 uur van Le Mans. Van Beurden verwacht dat hij nog zo’n vijf jaar nodig heeft om zover te komen. Maar zolang zullen de studenten waarschijnlijk niet hoeven te wachten: een ultralaadstation in Zuid-Duitsland is al dicht in de buurt van dat doel.

100 kilometer bereik in drie minuten – zo snel heeft het ultrasnelle laadstation van Jettingen-Scheppach op de A8 tussen Augsburg en Ulm twee testvoertuigen van Porsche en BMW geladen. De prestaties van het prototype laadstation van 450 KW dat op 12 december in gebruik werd genomen, komt overeen met drie (Tesla supercharger) tot negen keer (50KW DC lader) de maximaal beschikbare prestaties van de bestaande DC snellaadstations.

Deze unieke laadcapaciteit werd gedemonstreerd op twee onderzoeksvoertuigen: een omgebouwde Porsche Panamera met een netto-accucapaciteit van iets minder dan 90 kWh en speciale koeling bereikte een laadcapaciteit van meer dan 400 kW, waardoor de laadtijd minder dan drie minuten bedroeg, voor een bereik van 100 km.

De eveneens aangepaste BMW i3 werd uitgerust met een hoogspanningsaccu met een netto capaciteit van 57 kWh. Hij had slechts 15 minuten nodig om 10-80 % State of Charge (SOC) te laden. Aan de voertuigzijde werd hier een speciaal ontwikkelde hoogspanningsaccu gebruikt in combinatie met een intelligente laadstrategie. Dit betekent dat er aandacht is besteed aan de precieze conditionering van de temperatuur van de opslagtank bij het begin van het laden, temperatuurbeheer tijdens het laadproces en een perfect afgestemd profiel van de laadprestaties in de tijd.

Het laadproces werd uitgevoerd via een multispanningsnetwerk aan de voertuigzijde met hoogspannings DC/DC-omzetters (HV-DC/DC) door de vereiste 800 V ingangsspanning van het laadstation om te zetten in de lagere 400 V systeemspanning van de BMW i3 testauto. Overigens: met de HV-DC/DC-omzetter kan de auto ook achterwaarts compatibele tankstroom leveren. Het is belangrijk om te zorgen voor een veilige communicatie tussen het voertuig en het laadstation.

Prototype

Het ultrasnellaadstation is geschikt voor elektrische auto’s van alle merken en met de type 2 versie van het Combined Charging System (CCS) die in Europa gebruikelijk is. Op dit moment is het prototype alleen beschikbaar in het Beierse Jettingen, in eerste instantie met twee laadaansluitingen, die overigens gratis via het openbare stroomnet worden gevoed. Terwijl de ene aansluiting het bovengenoemde laadvermogen levert, levert de andere tot 175 kW. De woordvoerder van Porsche zei dat tegen eind 2019 een Europees netwerk van faststores grotendeels operationeel zou moeten zijn.

Het ultrasnellaadstation is ontstaan uit een ontwikkeling van het in juli 2016 gelanceerde onderzoeksproject “FastCharge”, dat wordt beheerd door een industrieel consortium onder leiding van de BMW Group, waartoe ook Porsche behoort. De exploitanten zijn Allego GmbH, Phoenix Contact E-Mobility GmbH (oplaadtechnologie) en Siemens AG (elektrotechniek). Het doel van de deelnemende bedrijven is om de aantrekkelijkheid van e-mobiliteit te vergroten door snel en gemakkelijk opladen. Tegelijkertijd onderzoekt “FastCharge” welke technische eisen aan de voertuigen en de infrastructuur moeten worden gesteld om gebruik te kunnen maken van de extreem hoge laadcapaciteit.

Krachtige infrastructuur

De complexe technologie is gebaseerd op een krachtige laadinfrastructuur. Het energievoorzieningssysteem van Siemens maakt het bijvoorbeeld mogelijk om de grenzen van de snellaadcapaciteit van voertuigaccu’s te testen. Het systeem dat vandaag de dag wordt gebruikt, kan nu al werken op hogere spanningen tot 920 volt – het voltage waarmee toekomstige elektrische voertuigen naar verwachting zullen werken. Zowel de krachtige elektronica voor de laadaansluitingen als de communicatie-interface naar de elektrische voertuigen zijn in het systeem geïntegreerd. Zo kan de oplaadregelaar automatisch het te leveren vermogen aanpassen, zodat verschillende elektrische auto’s met deze infrastructuur kunnen worden opgeladen. Het is ook mogelijk om meerdere voertuigen tegelijk te laden. Opladen met hoge stromen en spanningen maakt een groot aantal verschillende toepassingsgebieden denkbaar, zoals fleet charging oplossingen of laden op autosnelwegen.

Gekoelde HPC (High Power Charging) laadkabels van Phoenix Contact worden gebruikt om te voldoen aan de koelvereisten die optreden tijdens het snel opladen met een bijzonder hoog vermogen. Deze kabels zijn volledig compatibel met CCS. De koelvloeistof is een milieuvriendelijk water-glycol-mengsel, dat op zijn beurt een halfopen koelcircuit mogelijk maakt en dus gemakkelijker te onderhouden is in vergelijking met hermetisch gesloten systemen.

Het project “Fast Charge” wordt met in totaal 7,8 miljoen euro gefinancierd door het Duitse ministerie van Verkeer en Digitale Infrastructuur.

Met de presentatie van het ultrasnelle laadprototype komen de deelnemende bedrijven een stap dichter bij het oplossen van de huidige obstakels voor e-mobiliteit: de lange laadtijd. Het valt nog te bezien in hoeverre de uitbreiding van de oplaadpunten en de “prijs”-hindernis binnenkort zal worden overwonnen. Er is al minstens één kritiek geuit vanuit de directe omgeving van de laadcontainer in Jettingen: de krachtige koelsystemen moeten relatief luid zijn.

Foto hierboven: De herbouwde Panamera bereikte een laadcapaciteit van meer dan 400kW ©Porsche AG.