HV-MELA-BAT – Hochvolt-Megawatt-Ladesystem für Schwerlast- und Personenverkehr

Für den batteriebetriebenen Schwerlast- und Personenverkehr wird an einem neuen Ladestandard gearbeitet; dem Megawatt Charging System (MCS). Dieser soll eine Ladespannung von bis zu 1250 Volt und Ströme von bis zu 3000 Ampere ermöglichen. In dem Projekt »HV-MELA-BAT« soll ein Ladesystem entwickelt werden, welches auf dem neuen MCS-Standard beruht und gleichzeitig auch mit den bereits implementierten Standards CCS1 und CCS2 kompatibel ist. Neben der hierfür benötigten Leistungselektronik umfasst das System außerdem einen stationären Speicher in Form einer Lithium-Batterie. Mit ihrer Hilfe kann die für das Ladesystem benötigte Netz-Anschlussleistung deutlich reduziert werden, wodurch wiederum die Betriebskosten des Ladesystems gesenkt werden kann.

Für das Marktsegment des batteriebetriebenen Schwerlast- und Personenverkehres wird an zukünftigen Ladestandards gearbeitet, welche bis zu 3000 A Dauerstrombelastbarkeit bei einer Ladespannung von 1250 V vorsehen. Diese, gegenüber der ultraschnellen PKW-Nachladung, um ein Vielfaches erhöhten Anforderungen hinsichtlich der geforderten Übertragungsleistung ergeben sich aus den zu realisierten Lastprofilen des zu elektrifizierenden Schwerlast- und Personenverkehrs auf internationalen Hauptverkehrsachsen. Das Konsortium sieht in der vorgeschlagenen Projektrealisierung die Chance, hoch innovative Ladesysteme und deren Komponenten in einem Funktionsmuster zu vereinen und damit den Bereich des batterieelektrischen Schwerlast- und Personenverkehrs zu adressieren. Vor dem Hintergrund der Eigenschaften heutiger kommerziell verfügbarer Fahrzeugenergiespeichersysteme bilden der Aufbau und die Demonstration eines technologisch neuartigen Megawatt-Ladesystem (kurz: MCS – Megawatt Charging System) mit einer Ladeleistung von 1 Megawatt bei einer Arbeitsspannung von 1250 V einen sinnvollen Zwischenschritt hin zu einer zukünftigen Ladeleistung von über 3,5 Megawatt.

Zentrale Komponenten des hier vorgeschlagenen FuE-Vorhabens sind dabei die leistungselektronischen Wandler, wie der netzseitige Gleichrichter (500 kW - 1 MW) und eine modulare Zusammenschaltung von DC/DC-Wandlern zur galvanischen Trennung und zur Anpassung der Ladespannungen im Fahrzeug (4 x 250 kW). Ebenso wird das System durch einen Pufferspeicher aus Second-Life-Batterien ergänzt, damit die Netzanschlussleistung reduziert werden kann. Das System wird dahingehend ertüchtigt, dass ein möglichst großer Bereich an Ladespannungen bzw. Fahrzeugen adressiert werden kann (150 V - 1250 V) und somit eine Abwärtskompatibilität gegeben ist. Konzeptionell soll innerhalb des Systems auch die Verschaltung von bis zu vier Ladepunkten á 250 kW und die Einbindung von regenerativen Quellen und Senken untersucht werden. Das MCS-Ladesystem und der dazugehörige Pufferspeicher soll im Zentrum für Leistungselektronik und nachhaltige Netze des Fraunhofer ISE aufgebaut und evaluiert werden.