800V-Ladesäule „Grundlagen des Ladens“
Dieser Artikel behandelt hauptsächlich einige grundlegende Anforderungen für 800V.LadesäulenBetrachten wir zunächst das Ladeprinzip: Sobald die Ladespitze mit dem Fahrzeug verbunden ist, liefert die Ladesäule (1) eine Hilfs-Gleichstromspannung an das Fahrzeug, um das integrierte Batteriemanagementsystem (BMS) des Elektrofahrzeugs zu aktivieren. Nach der Aktivierung (2) werden Fahrzeug und Ladesäule verbunden, um die grundlegenden Ladeparameter wie die maximale Ladeleistung des Fahrzeugs und die maximale Ausgangsleistung der Ladesäule auszutauschen. Sobald beide Seiten korrekt aufeinander abgestimmt sind, sendet das BMS des Fahrzeugs die benötigte Ladeleistung an die Ladesäule.Ladestation für Elektrofahrzeugeund dieLadesäule für Elektroautospasst ihre Ausgangsspannung und -stromstärke entsprechend diesen Informationen an und beginnt dann offiziell mit dem Ladevorgang des Fahrzeugs; dies ist das Grundprinzip vonLadeanschlussUnd wir müssen uns erst einmal damit vertraut machen.
800V-Ladung: „Spannung oder Stromstärke erhöhen“
Theoretisch gibt es zwei Möglichkeiten, die Ladezeit durch Erhöhung der Ladeleistung zu verkürzen: entweder man erhöht die Batteriekapazität oder die Spannung. Gemäß W=Pt halbiert sich die Ladezeit, wenn die Ladeleistung verdoppelt wird. Gemäß P=UI verdoppelt sich die Ladeleistung, wenn Spannung oder Stromstärke verdoppelt werden – dies wurde bereits mehrfach erwähnt und gilt als allgemein bekannt.
Bei höheren Stromstärken ergeben sich zwei Probleme: Erstens wird das Stromkabel mit steigender Stromstärke dicker und sperriger, was den Drahtdurchmesser und das Gewicht erhöht, die Kosten steigert und die Handhabung erschwert. Zweitens führt die Formel Q = I²Rt zu höheren Leistungsverlusten, die sich in Form von Wärme äußern und den Aufwand für das Wärmemanagement erhöhen. Daher ist es weder beim Laden noch beim Antrieb eines Fahrzeugs ratsam, die Ladeleistung durch eine kontinuierliche Stromerhöhung zu steigern.
Im Vergleich zum Schnellladen mit hohem Strom,HochspannungsschnellladungDadurch wird weniger Wärme erzeugt und es entstehen geringere Verluste. Fast alle großen Automobilhersteller haben den Weg der Spannungserhöhung eingeschlagen. Beim Hochvolt-Schnellladen kann die Ladezeit theoretisch um 50 % verkürzt werden, und die Erhöhung der Spannung ermöglicht auch eine einfache Steigerung der Ladeleistung von 120 kW auf 480 kW.
800V-Ladung: „Thermische Effekte in Abhängigkeit von Spannung und Stromstärke“
Ob man nun die Spannung oder den Strom erhöht, mit steigender Ladeleistung entsteht in jedem Fall Wärme, die sich jedoch unterschiedlich auswirkt. Die Spannungserhöhung ist dabei vorzuziehen.
Aufgrund des geringen Widerstands, dem der Strom beim Durchfließen des Leiters begegnet, reduziert die Spannungserhöhungsmethode den erforderlichen Kabelquerschnitt und die abzuführende Wärme ist geringer. Gleichzeitig führt die Erhöhung des Stroms jedoch zu einer Vergrößerung der stromführenden Querschnittsfläche, was einen größeren Außendurchmesser und ein höheres Kabelgewicht zur Folge hat. Die Wärme nimmt mit zunehmender Ladezeit langsam zu, was schwerer zu verbergen ist und ein größeres Risiko für die Batterie darstellt.
800V-Ladung: „Einige unmittelbare Herausforderungen beim Laden von Ladesäulen“
Das 800V-Schnellladen stellt auch am Polende einige andere Anforderungen:
Aus physikalischer Sicht führt eine Erhöhung der Spannung zwangsläufig zu einer Vergrößerung der Abmessungen der zugehörigen Bauteile. Beispielsweise muss bei einem Verschmutzungsgrad von 2 nach IEC 60664 und einem Isolationsabstand von 1 der Abstand der Hochspannungsbauteile von 2 mm auf 4 mm erhöht werden. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an den Isolationswiderstand, wodurch sich Kriechstrecken und Isolationsanforderungen nahezu verdoppeln. Dies erfordert im Vergleich zu früheren Spannungssystemen eine Neukonstruktion, die Steckverbinder, Kupferschienen und andere Komponenten betrifft. Darüber hinaus bedingt die höhere Spannung auch höhere Anforderungen an die Lichtbogenlöschung. Entsprechende Anforderungen an Bauteile wie Sicherungen, Schaltkästen und Steckverbinder müssen daher angepasst werden. Diese Aspekte sind auch für die Fahrzeugkonstruktion relevant und werden in späteren Artikeln näher erläutert.
Das Hochspannungs-800-V-Ladesystem benötigt, wie bereits erwähnt, ein externes aktives Flüssigkeitskühlsystem. Herkömmliche Luftkühlung, ob aktiv oder passiv, erfüllt diese Anforderungen nicht, und das Wärmemanagement des Systems ist ebenfalls problematisch.Ladestation für ElektroautosDie Temperatur in der Ladeleitung zum Fahrzeug ist ebenfalls höher als zuvor. Wie die Temperatur in diesem Systembereich sowohl auf Geräte- als auch auf Systemebene gesenkt und kontrolliert werden kann, ist ein Punkt, den jedes Unternehmen zukünftig verbessern und lösen muss. Darüber hinaus entsteht die Wärme in diesem Bereich nicht nur durch Überladung, sondern auch durch Hochfrequenz-Leistungselektronik. Daher ist eine Echtzeitüberwachung sowie eine stabile, effektive und sichere Wärmeabfuhr von entscheidender Bedeutung. Dies erfordert nicht nur Materialinnovationen, sondern auch systematische Messverfahren, wie beispielsweise die effektive Echtzeitüberwachung der Ladetemperatur.
Aktuell beträgt die Ausgangsspannung vonGleichstrom-LadesäulenAuf dem Markt sind im Grunde 400 V üblich, die nicht direkt zum Laden der 800-V-Batterie geeignet sind. Daher ist ein zusätzlicher DC/DC-Wandler erforderlich, um die Spannung von 400 V auf 800 V zu erhöhen und die Batterie anschließend zu laden. Dies erfordert höhere Leistung und Hochfrequenzschaltung. Module, die Siliziumkarbid anstelle der herkömmlichen IGBTs verwenden, sind derzeit die gängigste Wahl. Obwohl Siliziumkarbidmodule die Ausgangsleistung der Ladesäulen erhöhen und die Verluste reduzieren können, sind die Kosten auch wesentlich höher, und die Anforderungen an die EMV sind ebenfalls höher.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Spannungserhöhung grundsätzlich sowohl auf System- als auch auf Geräteebene erforderlich ist, einschließlich Wärmemanagementsystem, Ladeschutzsystem usw. Auf Geräteebene umfasst dies auch die Verbesserung einiger magnetischer und Leistungsbauteile.
Veröffentlichungsdatum: 30. Juli 2025
