Elektromobilität Alltagstaugliche Nutzfahrzeuge dank schneller Ladetechnik

Autor / Redakteur: Bianca Hanselle * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Mit dem Wachstum der Elektromobilität steigen weiterhin die Anforderungen an die Ladetechnik – die Ladedauer ist dabei einer der wichtigsten Faktoren. Auch innerhalb des elektrifizierten Personentransports ist eine Möglichkeit zur Aufladung mit hoher Ladeleistung wesentlich für die Alltagstauglichkeit.

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Der niederländische Elektrobus-Hersteller Ebusco setzt zur Aufladung seiner batterieelektrischen Fahrzeuge auf die CCS-Ladedosen CHARX connect von Phoenix Contact.
Der niederländische Elektrobus-Hersteller Ebusco setzt zur Aufladung seiner batterieelektrischen Fahrzeuge auf die CCS-Ladedosen CHARX connect von Phoenix Contact.
(Bild: Phoenix Contact)

Eine hohe Reichweite und die Möglichkeit, Busse unterwegs schnell aufladen zu können, ist eine Herausforderung, mit der sich der niederländische Elektrobus-Hersteller Ebusco unter anderem seit seiner Gründung im Jahr 2012 auseinandersetzt.

Bereits im ersten Jahr seines Bestehens hat Ebusco das erste elektrische Busmodell Ebusco 1.0 auf der IAA Nutzfahrzeuge vorgestellt. Inzwischen sind bereits hunderte von Elektrobussen im Einsatz – das neuste Modell ist der Ebusco 3.0. Dabei hat das Unternehmen stets das Ziel im Blick: Eine nachhaltige Lösung für den öffentlichen Personennahverkehr zu ermöglichen. Der Markt verlangt für dieses Ziel eine hohe Reichweite und die Möglichkeit, Busse unterwegs schnell aufladen zu können.

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Besonders bei Bussen beeinflusst das Gewicht sowohl die Reichweite als auch die Rentabilität des Fahrzeugs. Bei der neuesten Busgeneration von Ebusco wird daher auf Leichtbau mit Verbundwerkstoffen gesetzt. Die Chassis konnten zudem von Beginn an, da sich der Hersteller Ebusco ausschließlich auf Elektrobusse spezialisiert hat, entsprechend ausgelegt und somit platzoptimiert gebaut werden. Insgesamt wird durch das niedrige Gewicht die notwendige Leistung verringert, was die Reichweite im Umkehrschluss steigen lässt.

Einfluss der Batterietechnik auf die Reichweite

Einen weiteren entscheidenden Einfluss auf die Reichweite hat die Batterietechnik. Ebusco setzt daher auf hochwertige und langlebige Batterien mit LFP-Technologie. Die Batteriesätze werden je nach gewünschter Reichweite zusammengesetzt und stetig in der Leistungsfähigkeit optimiert. Für einen Bus mit einer Länge von zwölf Metern kann so mit einem 350-kWh-Batteriesatz eine Reichweite von rund 350 Kilometer erreicht werden. „Damit lassen sich gut 80 Prozent aller täglichen Fahrstrecken im Personennahverkehr abdecken“, zeigt sich Patrick Heuts, Leiter Business Development & Innovation überzeugt vom Konzept.

Leistungsstarke Batterien fordern innovative Ladetechnik

Die große Reichweite der Busse ermöglichen in den meisten Einsatzfällen einen Ladevorgang während der Ruhezeiten im Busdepot. Wenn jedoch die Strecke länger wird oder die winterliche Außentemperatur ein belastender Faktor für die Reichweite ist, muss die Batterie auch außerhalb der Ruhezeit geladen werden können. Zur Beibehaltung einer hohen Rentabilität ist dann eine schnelle Ladung erforderlich.

Die Ladedauer steht im direkten Einfluss zur möglichen Ladeleistung und der Batteriekapazität. Innerhalb der Batterietechnik wird daher häufig die C-Rate angegeben, die dem Verhältnis der Ladeleistung zur Gesamtkapazität entspricht. Eine C-Rate von 1C bedeutet, dass die Batterie innerhalb einer Stunde vollständig geladen werden kann. Patrick Heuts erklärt: „Die optimale Grenze der C-Rate liegt bei 1C. Bei 2C ist die Wahrscheinlichkeit einer Überhitzung der Batterie am größten.“

Ladedauer und Langlebigkeit

Bei einer Batterie mit einer Kapazität von 350 kWh sind zum Laden mit einer C-Rate von 1C Ladeleistungen bis zu 350 kW erforderlich. Bei einem 500-kWh-Batteriesatz, der ebenfalls in Ebusco-Busse eingesetzt werden kann, liegt die notwendige Ladeleistung zur Erreichung einer C-Rate von 1C bereits bei bis zu 500 kW. Neben der Rentabilität im Alltag ist die Ladedauer auch entscheidend für die Langlebigkeit der Batterie – „Umso ausbalancierter die Aufladung, desto mehr Zyklen kann die Batterie durchlaufen“, argumentiert Heuts.

Durch den notwendigen Einsatz von leistungsstarken Batterien zum Erreichen ausreichender Reichweiten im Bereich Nutzfahrzeuge sind somit hohe Ladeleistung für einen geeigneten Ladeprozess unerlässlich. Für diese hohen Ladeleistungen muss die verwendete Fahrzeug-Ladedose geeignet sein. Aus diesem Grund setzt Ebusco auf die innovative Ladetechnik von Phoenix Contact. Die CCS-Ladedosen Charx connect mit einem DC-Leitungsquerschnitt von bis zu 95 mm² ermöglichen einen sicheren Ladeprozess mit temporären Ladeleistungen von bis zu 500 kW.

Überhitzung in der Ladedose verhindern

Durch die präzise Temperatursensorik an beiden DC-Leistungskontakten und die Kommunikation der Messdaten kann eine Überhitzung innerhalb der Fahrzeug-Ladedose beim Laden mit hohen Ladeströmen verhindert werden. Darüber hinaus kann der Ladestrom mittels der Temperaturmessdaten fahrzeugseitig gesteuert werden, sodass stets der maximale Ladestrom entsprechend der Temperaturentwicklung gewählt werden kann. Die optimierte Anschlusstechnik zwischen den DC-Leistungskontakten und den Hochvolt-Leitungen minimiert zusätzlich die Erwärmung des Stecksystems.

Die universelle Ladedose für ein leichtes Design-in

Neben der Fähigkeit zum Laden mit hohen Ladeleistungen bieten die universellen Fahrzeug-Ladedosen CHARX connect für Fahrzeughersteller weitere Vorteile. Die Fahrzeug-Ladedosen besitzen kompakte Abmessungen und sind innerhalb ihrer Ausführungen der AC- bzw. CCS-Ladedosen jeweils identisch.

Eine weitere Erleichterung bietet der hohe Schutz der Fahrzeug-Ladedose gegen Schmutz und Feuchtigkeit. Bei einem Ladeprozess außerhalb des Busdepots sind beide Einflüsse unausweichlich. Durch die hohen Schutzklassen bis zu IP 67 und zusätzlich IP6K6K/IP6K9K im Frontbereich bieten die universellen Ladedosen von Phoenix Contact trotz dieser Einflüsse einen sicheren Ladevorgang. Auch bei geöffneter Ladeklappe und nicht gestecktem Ladestecker besteht ausreichender Schutz.

Die Synergien innovativer Techniken

Für die Alltagstauglichkeit von elektrischen Nutzfahrzeugen wie Bussen gibt es nicht die eine entscheidende Komponente. Es ist das Zusammenspiel unterschiedlicher innovativer Techniken. So kann das eingesetzte Inlet über die Sicherheit und die Leistung des Ladeprozesses entscheiden. Dies gilt ebenfalls für die eingesetzte Batterie im Fahrzeug. Ein effizienter Ladeprozess kann somit nur durch eine Gesamtlösung aus innovativer Lade- und Batterietechnik erreicht werden.

Über das Fahrzeug hinaus wird der Ladeprozess mit einer eigenen Ladesäule von Ebusco komplettiert. Der Elektrobus-Hersteller fertigt Ladesäulen, die speziell auf die Bedarfe der schweren Batteriepacks ausgelegt sind. Im Bereich der Ladesäulen befinden sich ebenfalls Ladekabel und Leistungselektronik von Phoenix Contact. So kann ein optimaler Ladeprozess durch das Gesamtsystem sichergestellt werden.

Weitere Optimierung des Ladeprozesses

Die Optimierung des Ladeprozesses wird auch in Zukunft von großer Bedeutung im Bereich der Nutzfahrzeuge sein. Ebusco beschäftigt sich bereits mit der Automatisierung von Busdepots. Durch einen innovativen Roboter wird der stabile Phoenix Contact CCS-Stecker automatisch zum Bus geführt und mit der Fahrzeug-Ladedose verbunden. Neben der Zeitersparnis und der Verlässlichkeit ist diese Technik eine zukunftsorientierte Umsetzung des Ladeprozesses im Hinblick auf autonomes Fahren. Für den automatisierten Ladeprozess ist die Produktqualität entscheidend für die Sicherheit.

Die Fahrzeugladedosen Charx connect Besonders bei Transport und mobilen Maschinen kann der Ladeprozess direkte Auswirkung auf die Rentabilität haben. Für einen effektiven Ladeprozess ist die Wahl einer passenden Ladeschnittstelle erforderlich. Die qualitativen Fahrzeugladedosen Charx connect ermöglichen das AC- und DC-Laden von Elektrofahrzeugen und bieten die passende Ladeschnittstelle für alle Fahrzeugtypen und Anwendungsfälle:
• AC- und CCS-Ladedosen nach amerikanischem Typ 1,
• AC- und CCS-Ladedosen nach europäischem Typ 2,
• AC- und DC-Ladedosen nach chinesischem GB/T-Standard.

* Bianca Hanselle ist Produktmanagerin Charx connect bei der Phoenix Contact E-Mobility GmbH in Schieder-Schwalenberg.

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