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High Power Charging – Lösung mit bis zu 320 kW im Niederspannungsnetz

| Autor/ Redakteur: Karl Knezar, Valentin Wenzel / Benjamin Kirchbeck

ADS-TEC entwickelt und produziert die weltweit leistungsstärkste batteriebasierte Energielösung für schnelles Laden von E-Fahrzeugen im leistungsbegrenzten Verteilnetz.

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„High Power Charger“ – Schnellladen am leistungsbegrenzten Verteilnetz.
„High Power Charger“ – Schnellladen am leistungsbegrenzten Verteilnetz.
(Bild: ADS-TEC)

Mit der Elektromobilität kommt in naher Zukunft ein großer Bedarf an hoher Leistung ins Verteilnetz. Das Familienunternehmen ADS-TEC bietet heute schon intelligente Energielösungen und eine neue Dimension der Schnellladetechnik an. Auf kleinstem Raum werden dabei höchste Leistungen selbst im Niederspannungsnetz zur Verfügung gestellt. Dies ermöglicht es, in kurzer Zeit eine Schnelllade-Infrastruktur aufzubauen, ohne eine teure und zeitaufwendige Netzertüchtigung durch lokale Netzbetreiber.

Ein HPC-Booster und bis zu zwei HPC-Dispensern

Der HPC-Booster beinhaltet sowohl den Batteriespeicher, die Leistungselektronik zum Netz (bidirektionaler Batteriewechselrichter) und zum Ladepunkt, Klimatisierung, Controller als auch das Energiemanagement − und dies in einer kompakten Grundfläche von kleiner 1,5m². Aktuelle Schnellladesysteme sind meist für den Anschluss an das Mittelspannungsnetz konzipiert. Der HPC-Booster hingegen ist für den Anschluss an das konventionelle 400-Volt-Niederspannungsnetz mit Anschlussleistungen im Bereich 20 bis 110 kVA ausgelegt. Die integrierten Batteriemodule mit einem Energieinhalt von bis zu 140 kWh werden anhand einer intelligenten Steuerung dynamisch entsprechend der verfügbaren Netzleistung nachgeladen.

Mit Hilfe der eigenen Cloud-Lösung „Big-LinX Energy“ wird unter anderem jede einzeln verbaute Lithium-Ionen-Zelle in den Batteriemodulen überwacht. Somit kann eine Performance Warranty von bis zu 10 Jahren auf die Batteriezellen gegeben werden. Darüber hinaus besitzt das System eine technische Auslegung auf 20 Jahre. Die cloudbasierte Überwachungs- und Management-Lösung erlaubt einen weltweiten Zugriff auf die Systeme, basierend auf neuester Sicherheitstechnologie wie zum Beispiel über Krypto-Smartcards. Ebenfalls können bei Abweichungen vom Normalbetrieb automatisch Statusmeldungen an den Betreiber gesendet werden. Dies reduziert auch die TCO (total cost of ownership), da vorbeugende Instandhaltung, Softwareupdates, sowie Fernwartung darüber erfolgen und nur im Bedarfsfall ein Vororteinsatz des Wartungsteams notwendig ist.

Für den Anschluss von bis zu zwei Dispensern verfügt der HPC-Booster über zwei Leistungseinheiten mit jeweils 160 kW. Diese können bei Bedarf gekoppelt werden, so dass an einem Ladepunkt bis zu 320 kW DC-Ladeleistung zur Verfügung stehen. Das verbaute Hochleistungs-Klimakonzept steuert den Temperaturhaushalt der gesamten Technik von Batteriemodulen, Leistungselektronik und der Ladetechnik. Das Gesamtsystem entspricht den aktuellen Standards (sowohl für Europa als auch für die USA).

Das Ladesystem ist ausgelegt für alle Spannungslagen von Traktionsbordnetzen und ist somit sowohl rückwärtskompatibel für bisherige E-Fahrzeuge ab 200 V DC, als auch zukunftssicher für kommende Fahrzeuggenerationen bis 920 V DC. Durch diese hohen Ladeleistungen können mehrere hundert Kilometer Reichweite in wenigen Minuten geladen werden. Auch wenn mit 320 kW zunächst nur der Porsche Mission-E geladen werden kann, werden zukünftig immer mehr Fahrzeughersteller dem Beispiel von Porsche folgen.

Mit Porsche gemeinsam entwickelt

Der HPC-Dispenser ist der am HPC-Booster angeschlossene DC-Ladepunkt. Dieser kann je nach Kundenanforderung mit Ladesteckverbindungen der Typen CCS1, CCS2 oder CHAdeMO bestückt werden und somit alle derzeitig verfügbaren Fahrzeuge im DC Bereich laden. Die Gesamtlösung bestehend aus HPC-Booster und HPC-Dispenser erlaubt unterschiedlichste Aufstellungsvarianten, bei denen zwischen den beiden Komponenten bis zu 100 Meter liegen können. Dies erlaubt eine Aufstellung und eine Integration der Schnellladetechnik auch auf Flächen mit begrenztem Platzangebot oder direkt in Wohngebieten.

Neben den anspruchsvollen technischen Features des HPC-Dispensers galt dem Erscheinungsbild ein hohes Augenmerk. Die Optik der Gesamtlösung folgt den hohen Design- und Lifestyle-Ansprüchen der Elektromobilitäts-Community. Zudem ist das Ladesystem geräuschreduziert, was es bezüglich des Standortes flexibel einsetzbar macht. Der HPC-Dispenser ist eine Entwicklung der Porsche Engineering GmbH, mit der ADS-TEC das Gesamtsystem gemeinsam entwickelt hat.

Zur Bedienung und Authentifizierung ist ein 10-Zoll-Touchscreen integriert, welches im Geschäftsbereich Industrial IT von ADS-TEC selbst hergestellt wird. Die Identifizierung und der Zugang zur Ladetechnik erfolgen nach höchsten Sicherheitsstandards mit Soft- und Hardwarezertifikaten diskriminierungsfrei per Smartcard. Das System verfügt über eine integrierte Firewall und kommuniziert mobilfunkbasiert oder per DSL. Für Programmerweiterungen steht eine OSGI-Plattform zur Verfügung. Schnittstellen zu weiteren Scada- und Host-Systemen sind vorhanden.

Der im HPC-Dispenser verbaute Controller regelt u.a. die Nachladestrategie des im HPC-Booster integrierten Batteriespeichers und dient der Kommunikation zum Backend (z.B. Billing, Lastmanagement etc.), gemäß dem Kommunikationsstandard OCPP 1.6. Wahlweise kann die Kommunikations-Schnittstelle auch kundenspezifisch gestaltet werden. Eine eichrechtskonforme DC-Strommessung kann bei Bedarf ebenfalls eingesetzt werden. Das Gesamtsystem ist leicht integrierbar und nutzt das bestehende Verteilnetz effektiv und ohne aufwendigen Netzausbau. Mit seinem attraktiven Design erfüllt das Ladesystem zudem repräsentative Zwecke und bietet die Möglichkeit, als zusätzliche Werbefläche des Kunden genutzt zu werden.

Mini-Containersystem: Von Schnellladestationen bis zum Quartierspeicher

Der PowerBooster ist eine sehr kompakte Outdoor-Batteriespeicherlösung. Diese Systeme liefern ebenfalls in einem leistungsbegrenzten Netz hohe Leistungen z.B. an AC- Ladestationen, während sie mit niedriger Leistung am verfügbaren Netzanschlusspunkt nachgeladen werden. Dies vermeidet genau wie beim HPC-System aufwendige Mittelspannungsanlagen oder teuren Netzausbau, und die kompakte Baugröße spart vielerorts Baugenehmigungen, da die Speicher unter 10m³ Rauminhalt haben. Die Speicherkapazitäten der Standartkonfigurationen decken Bandbreiten von 120 bis 240 Kilowattstunden ab. Ende des Jahres 2018 soll eine weitere Konfiguration mit ca. 390 kWh verfügbar sein.

Gleichzeitig kann der PowerBooster als Quartierspeicher nahezu überall und direkt im Außenbereich aufgestellt und an das 400-Volt-Verteilnetz angeschlossen werden. Viele netzdienliche Funktionen wie Eigenverbrauchsoptimierung für PV-Anlagen, Spannungshaltung, Verzögerung zur optimalen Bandbreiten-Nutzung, Frequenzregelung, Blindleistungserbringung oder Spitzenkappung sind möglich. Große Energieversorger und lokale Netzbetreiber nutzen schon heute den PowerBooster erfolgreich bei temporär überlasteten Verteilnetzen durch volatile Erzeuger und Verbraucher wie beispielsweise Photovoltaikanlagen und E-Fahrzeuge.

Aufgrund der extrem kleinen Baugrößen sind Energielösungen von ADS-TEC relativ mobil (Batteriespeichersystem und Ladestationen). Dies bietet entscheidende Vorteile, beispielsweise kann man im Falle einer zu geringen Frequentierung / Auslastung der Infrastruktur am gewählten Aufstellort die Technik einfach und ohne größere Kostenaufwendungen an einen höher frequentierten Standort versetzen und somit die Investitionen kostenoptimal ausnutzen.

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