Schnelles Laden: Eine Frage der Daten

400 Kilometer zusätzliche Reichweite in 15 Minuten. Ultraschnelle Ladestationen sollen die Alltagstauglichkeit von Elektroautos deutlich verbessern. Damit das Hochvoltladen mit Gleichstrom sicher gelingt, muss nicht nur Energie, sondern auch eine große Menge Informationen und somit Daten fließen.

Ist der Akku halb leer oder halb voll? Die Antwort auf diese Frage hängt von der persönlichen Einstellung ab. Sicher ist allerdings: Die 'Reichweitenangst' ist bislang einer der wichtigsten Gründe dafür, dass Elektroautos nur einen niedrigen einstelligen Anteil an Neuzulassungen haben. Neben der Batteriegröße ist für die Reichweite entscheidend, wie lange es dauert, ausreichend Energie nachzuladen. Ob während einer längeren Fahrtstrecke der erzwungene Aufenthalt 20 Minuten, 4o Minuten oder mehrere Stunden dauert, hängt von der Batteriekapazität, bei Wechselstrom auch vom On-Board-Charger des Wagens selbst, sowie der zur Verfügung stehenden Infrastruktur ab. Die Möglichkeiten für das elektrische Tanken beginnen mit einer ganz normalen Haushaltssteckdose, die 3,6 Kilowatt leistet. Eine installierte Wallbox bringt 11 Kilowatt, die Ladesäule am Supermarkt-Parkplatz bereits das Doppelte und Schnellladestationen kommen auf 150 Kilowatt, was der 42-fachen Leistung einer Haushaltssteckdose entspricht. Vor diesem Hintergrund wirken die geplanten ultraschnellen Ladestationen mit 350 Kilowatt und mehr Leistung, die bis Ende 2019 in Deutschland und Europa errichtet werden sollen, besonders beeindruckend. Eine erste entsprechende Testinstallation ist vor kurzem an der A61 in Betrieb genommen worden. Das Hochvoltladen soll es ermöglichen, ausreichend Strom für 400 Kilometer in nur 15 Minuten nachzuladen. Die Elektromobilität gewinnt dadurch entscheidend an Attraktivität. Vorausgesetzt, der Energietransfer klappt sicher, effizient und schnell.

Für diese Voraussetzungen muss allerdings nicht nur die Leistung gesteigert, also die Menge an übermittelten Elektronen erhöht werden, auch die Menge der ausgetauschten Daten zwischen Ladesäule, Kabel und Fahrzeugakku nimmt zu. Viele unterschiedliche Informationen müssen in kürzester Zeit während eines einzelnen Ladevorgangs hin- und hergeschickt, geprüft, überwacht und permanent ausgewertet werden. Insbesondere vom sicheren und präzisen Management dieser Datenströme hängt das Gelingen des schnellen Ladens ab. So muss beispielsweise an jedem einzelnen Ladepunkt die Leistungselektronik dafür sorgen, dass genau der Ladealgorithmus anliegt, der für die jeweilige Ladekurve der verbauten Batterie optimal ist. Nur dann kann sicher, schnell und vor allem Batterie-schonend Energie nachgetankt werden. Und wer schon Erfahrung mit dem Schnellladen gemacht hat, kennt es: Am Ende des Ladevorgangs wird die Leistung gedrosselt, das Tempo des Ladens wird merklich verringert. Das ist nötig, da die zuletzt ankommenden Elektronen nicht mehr so schnell im Akku aufgenommen werden können, was die Batterie nachhaltig schädigen, sowie deutlich in der Lebensdauer und Gesamtleistung nachteilig beeinträchtigen würde. Ein weiterer Einflussfaktor ist die Temperatur in den im Vorgang beteiligten Komponenten, insbesondere innerhalb des Ladekabels selbst. Denn beim Transfer des Gleichstroms von der Ladesäule über das Kabel in den Fahrzeugakku entsteht in allen elektrischen Komponenten Wärme, die nicht zu Überhitzung führen darf.

Die von LEONI auf Basis der neuen Schlüsseltechnologie LEONiQ entwickelten Ladekabel mit integrierter Kühlung halten den hohen Belastungen beim Hochvoltladen stand und bleiben dabei bedienungsfreundlich und risikoarm. Dank der innovativen Schlüsseltechnologie LEONIQ kann mittels sensorischen und elektronischen Elementen auf digitalem Wege sichergestellt werden, dass die ausschlaggebenden Informationen während des Ladevorgangs kontinuierlich erfasst und nahezu in Echtzeit ausgewertet werden können. Der Fahrzeugakku kann so schneller und effizienter geladen werden, da ein möglicher Fehler, wie z.B. eine Überhitzung des Ladekabels und zukünftig gegebenenfalls auch eine Schädigung des Batteriesystems, frühzeitig erkannt werden kann. Dafür setzt LEONIQ teilweise auf von Microsoft entwickelte IoT-Lösungen, wie MS Azure Sphere, mittels derer Daten bereits im intelligenten Kabel vorsortiert und dann sicher in die Cloud übertragen werden können. LEONiQ stellt diese Daten dann für die Kunden direkt auf einem Dashboard ortsunabhängig und zeitgleich zur Verfügung - auf Basis der generierten Daten wird das System dabei perspektivisch selbst immer besser, da zukünftige Designs auf Basis von Felddaten kontinuierlich optimiert werden können. Hochvolt-Ladezyklen können damit überwacht und verbessert werden. Die integrierte Cloud-Lösung ermöglicht es, bereits innerhalb des verbundenen Systems erste Voranalysen zu tätigen, um diese dann an Betreiber oder Nutzer zu senden und durch eigens von LEONI entwickelten Algorithmen weiter zu interpretieren und in entsprechend nützliche Informationen umzuwandeln. Im Zusammenspiel aller Komponenten des digitalen Ökosystems kann so jeder Hochvolt-Ladevorgang dank LEONiQ sicherer und transparenter nachvollzogen werden - mit dem Ziel, das Batteriesystem des Fahrzeugs vor kurz- oder langfristigen Beeinträchtigungen oder Schäden durch den Ladevorgang zu schützen und Elektromobilität weiter zum Erfolg zu führen.

Die Messebesucher der computex in Taiwan konnten sich einen nachhaltigen Eindruck am mit Microsoft geteilten Messestand verschaffen, wo LEONiQ im Zusammenspiel mit MS Azure Cloud präsentiert wurde:

https://youtu.be/c71bUu_aWWw