In het „NEFTON“-project werd voor het eerst een laadstroom van 3.000 ampère bereikt, waarmee de weg is vrijgemaakt voor het laden met meer dan één megawatt in de toekomst. Daartoe werden, naast een zeer efficiënt, bidirectioneel megawatt-laadstation, componenten ontwikkeld en met succes getest die laadstromen tot 3.000 ampère aankunnen. Het consortium heeft de resultaten in een rapport samengevat.
Terwijl voor personenauto’s een laadvermogen van 11 kilowatt voldoende is voor normaal opladen en 120 tot 400 kW voor snel opladen, zijn voor elektrische vrachtwagens aanzienlijk grotere hoeveelheden energie nodig. Dit vormt een bijzondere uitdaging voor het energiesysteem en de aangesloten laadinfrastructuur. Voor deze vermogensklasse geldt de Megawatt-Charging-Standard (MCS) met 1250 volt en 3.000 ampère. Technisch gezien wordt dit bij laadstations tot nu toe nog niet ten volle benut; de stand van de techniek ligt rond 1 MW laadvermogen.
Simulatiemodellen
De partners van het samenwerkingsproject „NEFTON – Elektrificatie van bedrijfsvoertuigen voor de transportsector – Geoptimaliseerde netaansluiting” hebben een gebruikersspecifiek, kostenoptimaal concept voor bedrijfsvoertuigen en het bijbehorende aandrijf- en laadsysteem volgens de MCS-norm ontwikkeld. Hiervoor zijn eerst gegevens verzameld en omgezet in gebruikers- en eisenprofielen. Op basis hiervan zijn simulatiemodellen voor het ontwerp van het voertuig en de aandrijving opgesteld om verschillende concepten te kunnen analyseren en beoordelen. Naast de technische haalbaarheid zijn de systemen vergeleken op het gebied van efficiëntie, kosten en duurzaamheid.
Toekomstig laden
Vanuit het perspectief van MAN Truck & Bus vormt het in het NEFTON-project behaalde resultaat een belangrijke mijlpaal voor het toekomstige opladen van bedrijfsvoertuigen. Voor het eerst kon een volledig oplaadtraject in een testopstelling dicht bij het voertuig stabiel worden uitgevoerd met 3.000 ampère. »Hierdoor wordt het op termijn mogelijk om in ongeveer 10 tot 15 minuten energie op te laden voor een actieradius van meer dan 400 kilometer«, legt Fabian Schweizer, projectleider bij MAN, uit. Voorwaarde hiervoor is echter een nieuwe generatie batterijsystemen die speciaal is ontworpen voor zeer hoge laadvermogens. De projectresultaten worden direct meegenomen in de verdere ontwikkeling van productierijpe hoogstroom-oplaadoplossingen.
Thermische belastbaarheid
Aan de Technische Universiteit München (TUM) is een testopstelling voor hoogstroomproeven opgezet om het opladen van elektrische vrachtwagens in het megawattbereik experimenteel te onderzoeken. Daarbij werden zowel afzonderlijke componenten als het gehele laadtraject bij stromen tot 3.000 ampère getest en beoordeeld op hun thermische belastbaarheid. De proeven bevestigden dat de gebruikte systemen ook onder hoge elektrische en thermische belastingen betrouwbaar kunnen functioneren. “Met de succesvolle opbouw van onze laagspanningstestopstelling en het bereiken van 3.000 ampère hebben we een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan de verdere ontwikkeling van de megawatt-laadtechnologie. Hiermee leggen we een essentiële basis om het laden met 3 MW klaar te maken voor industrieel gebruik”, legt prof. Malte Jaensch uit.
Nieuwe laboratoriuminfrastructuur
De hogere vermogensklassen in het megawattbereik vereisen niet alleen nieuwe laad- en voertuigtechnologie, maar ook nieuwe testtechniek met hogere aansluitvermogens. Het Fraunhofer ISE beschikt over 40 MW aansluitvermogen op testvelden voor laag- en middenspanning. In het kader van NEFTON heeft het megawattlaboratorium van het Fraunhofer ISE zijn portfolio uitgebreid om ook de installaties van hoogvermogenlaadsystemen te kunnen testen met betrekking tot de vereiste netaansluitingsvoorwaarden. De testinstallaties van het Fraunhofer ISE werden in het project samen met de TU München en MAN gebruikt om prototypes van DC-schakelaars tot 12 kA kortsluitstroom te onderzoeken en het totale elektromechanische systeem van laadkabel, stekker en verdeling tot aan de voertuigaccu’s te laten werken onder de nominale omstandigheden van 3.000 A en tot 1.250 V.
Veiligheidsmaatregelen
Vanwege de hoge kortsluitvermogens, met name in combinatie met accusystemen, zijn voor deze tests speciale bouwtechnische veiligheidsmaatregelen nodig: vanwege het gevaar van vlambogen, schokgolven en rondvliegende splinters vindt de test op afstand en in afgeschermde ruimtes plaats. “De nieuwe testopstellingen zijn geïntegreerd in de bestaande laboratoriuminfrastructuur van het megawattlaboratorium, zodat we niet alleen afzonderlijke laadpalen, maar ook grotere systemen kunnen testen”, legt Dirk Kranzer, projectleider bij het Fraunhofer ISE, uit
Bron: Fraunhofer ISE Openingsfoto: In het kader van het project is het complete systeem – van laadkabel, stekker en verdeling tot aan de accu’s van de voertuigen – met succes getest bij stromen tot 3.000 A en spanningen tot 1.250 V. (foto: Fraunhofer ISE)
Lees ook: Vattenfall, Kia en Hyundai starten Nederlandse pilot met bidirectioneel laden
