Der nächste Schritt in die e-mobile Zukunft

Thermische Belastung bei Ladeleistungen bis 350 kW

Höhere Ladeströme bedingen eine höhere Erwärmung und damit Belastung des Materials – beides ist aber unbedingt zu vermeiden. Normativ liegt der Grenzwert für Kontaktsysteme hier bei ∆T≤50 K (Bild 2).

Bildergalerie

Die entsprechenden Leistungskontakte der Ladestecker und Fahrzeug-Inlets müssen ihre Funktion über die gesamte Lebensdauer erfüllen. Für das Hochleistungs-Schnellladen mit bis zu 350 kW ist dies eine besondere technische Herausforderung. Beim Durchgang eines Stromes I entsteht am Kontakt mit dem Übergangswiderstand R eine Verlustleistung P_v, die zu einer thermischen Beanspruchung der Kontakte führt:

P_v = I²R

Während der Nutzung werden die Kontakte elektrisch, mechanisch und durch Umwelteinflüsse belastet. Das Belastungsspektrum ist dabei teilweise extrem: Lebenszyklen von mehreren Jahren mit bis zu zehntausend Steckzyklen sowie, Umgebungsbedingungen mit Temperaturen im Bereich von –30 bis 50 °C – mit hoher Luftfeuchte, Staub oder Spritzwasser.

Um die thermische Beanspruchung zu reduzieren, muss die Verlustleistung minimiert werden. Dies wird primär durch eine optimierte Leiteranschlusstechnik, eine geeignete Konstruktion und Oberfläche der Kontakte, sowie eine definierte Kontaktnormalkraft erreicht. Die Abfuhr der entstandenen Wärme erfolgt dabei überwiegend über die angeschlossene Ladeleitung durch Wärmeleitung, die Wärme wird anschließend über Konvektion an die Umgebung abgegeben. Das Kupferkabel wirkt demnach wie ein Kühlkörper. Demzufolge würde eine Erhöhung der Leiterquerschnitte die thermische Beanspruchung des Ladesystems deutlich reduzieren.

Eine Erhöhung der Leiterquerschnitte bringt allerdings einige Nachteile mit sich. So wäre die Handhabbarkeit durch die geringe Flexibilität und das höhere Gewicht des Ladekabels stark eingeschränkt. Aus diesem Grund werden die DC-Ladestecker von Phoenix Contact mit einem Medium gekühlt (Bild 3).

(ID:44907644)