Hochleistungs-Ladekabel und Verbinder (Stecker, Dose)

Vorweg: Die Entwicklung eines Hochleistungs-Ladekabel ergibt nur Sinn mit der gleichzeitigen Entwicklung eines entsprechenden Steckers. Dieser Stecker wiederum braucht eine Kupplung bzw. Dose - zusammengefasst benannt als "Verbinder" oder Stromverbindung.

 

Um bei der Elektromobilität an vergleichbare Leistungen zu kommen (hier ist Reichweite und Tank- bzw. Ladegeschwindigkeit gemeint) muss man vergleichbare Energiemengen in vergleichbarer Zeit übertragen und speichern. Bisher sind die Akkumulatoren mit hohem spezifischem Leistungsgewicht sowie die Ladezeit die maßgebliche Begrenzung. Je leistungsfähiger die Akkumulatoren werden, desto mehr rückt die Lade-Infrastruktur in den Focus, die die benötigte Energie in kurzer Zeit zur Verfügung stellen muss.

Interessant dabei ist der Benchmark mit dem tradierten System des Tankens von Sprit (Benzin oder Diesel). Dabei werden (typischerweise und grob vereinfacht) ca. 60 Liter Sprit in ca. einer Minute übergeben (gepumpt) - also ein Liter pro Sekunde. Ein Liter Sprit hat ca. 10 kWh Energieinhalt (43.000 kJ pro Kilogramm - umgerechnet in die gängige Volumen und Stromeinheit).

Nun ist der Wirkungsgrad einer Kolbenkraftmaschine im Auto typischerweise ca. 33% und der einer Elektromaschine höher als 95%. Entsprechend braucht nur etwa 1/3-tel der Energie übertragen zu werden um auf vergleichbare Reichweiten zu kommen. Beim genannten Beispiel wären das 20 x 10 kWh, also 200 kWh.

Das heißt 200 kW eine Stunde lang laden oder aber bei einer Ladezeit von 1 Minute braucht es für die gleiche Energiemenge:

60 x 200 kW ; also 12.000 kW oder 12.000.000 Watt

Dies ist ein enormer Energiefluss (Energie pro Zeit) der übertragen werden muss und damit werden die Akkumulatoren, das Netz aber auch die Ladeeinrichtung vor enorme Herausforderungen gestellt. Selbst wenn man in den s.g. "Hochvoltbereich" geht und beispielsweise mit 1000 Volt übertragen würde, erfordert es immer noch sehr hohe Stromstärken um diese Leistung zu übertragen.

Aufgrund der gängigen Formel W = V x A  wird schnell klar, dass bei dem gegebenen Beispiel 12.000 Ampere fließen müssten.

Zum Vergleich: eine Haushaltssteckdose ist bis maximal 16 Ampere abgesichert, ein Ein- bis Dreifamilienhaus hat eine Vorsicherung (Panzersicherung) von 80 bis 150 Ampere - die typischerweise nie ausgenutzt werden.

Nun würden 12.000 Ampere riesige Kabelquerschnitte und Kontaktfläche bedeuten. Selbst durch eine sehr performante Kühlung wäre dies nicht realistisch umzusetzen. So genannte Supraleiter könnten die Lösung sein, wenn diese zu vertretbaren Kosten verfügbar wären.

Das Beispiel macht offensichtlich, dass die Energiemenge für eine Standardreichweite von 600 km beim Elektroauto nicht so schnell geladen werden kann wie bei einem Spritauto. Dabei ist die Ladezeit auch durch die Zeiten begrenzt in denen ein Akku noch geladen werden kann und es muss auch diese Energiemenge aus dem Netz verfügbar sein (für das Niederspannungsnetz schon eine echte Belastung!). Bei der Ladezeit bleibt aber vor allem das Ladekabel der Engpass!

Diesem "Engpass" haben wir uns gewidmet und werden eine Stromkupplung (Stecker und Dose) mit Kabel und Kühlung vorstellen, nachdem die Patentierung erfolgt ist.