Wie funktionieren Schnellladegeräte mit Flüssigkeitskühlung?

Schnellladegeräte mit Flüssigkeitskühlung verwenden flüssigkeitsgekühlte Kabel, um die hohe Hitzeentwicklung bei hohen Ladegeschwindigkeiten zu reduzieren. Die Kühlung erfolgt im Stecker selbst, indem das Kühlmittel durch das Kabel in den Kontakt zwischen Fahrzeug und Stecker fließt. Da die Kühlung im Stecker stattfindet, wird die Wärme beim Hin- und Herfließen des Kühlmittels zwischen Kühleinheit und Stecker nahezu augenblicklich abgeleitet. Wasserbasierte Flüssigkeitskühlungssysteme können Wärme bis zu zehnmal effizienter ableiten, und andere Flüssigkeiten können die Kühlleistung noch weiter verbessern. Daher gewinnt die Flüssigkeitskühlung als effizienteste Lösung zunehmend an Bedeutung.

Durch die Flüssigkeitskühlung können die Ladekabel dünner und leichter gestaltet werden, wodurch sich das Kabelgewicht um rund 40 % reduziert. Dies erleichtert dem Durchschnittsverbraucher die Handhabung beim Laden seines Fahrzeugs.

Kühlflüssigkeitsanschlüsse sind langlebig und widerstandsfähig gegenüber äußeren Einflüssen wie Hitze, Kälte, Feuchtigkeit und Staub. Sie sind außerdem so konstruiert, dass sie hohem Druck standhalten, um Leckagen zu vermeiden und lange Ladezeiten zu überstehen.

Die Flüssigkeitskühlung von Ladegeräten für Elektrofahrzeuge erfolgt typischerweise in einem geschlossenen Kreislauf. Das Ladegerät ist mit einem Wärmetauscher ausgestattet, der an ein Kühlsystem angeschlossen ist, das entweder luft- oder flüssigkeitsgekühlt sein kann. Die beim Laden entstehende Wärme wird an den Wärmetauscher übertragen, der sie anschließend an das Kühlmittel weitergibt. Das Kühlmittel ist typischerweise eine Mischung aus Wasser und einem Kühlmittelzusatz wie Glykol oder Ethylenglykol. Das Kühlmittel zirkuliert durch das Kühlsystem des Ladegeräts, nimmt Wärme auf und überträgt sie an einen Kühler oder Wärmetauscher. Je nach Ausführung des Ladegeräts wird die Wärme dann an die Luft abgegeben oder an ein Flüssigkeitskühlsystem übertragen.

Durch die Flüssigkeitskühlung der Kontakte und das Hochleistungskühlmittel kann die Nennleistung auf bis zu 500 kW (500 A bei 1000 V) gesteigert werden, sodass eine Ladung für eine Reichweite von 60 Meilen in nur drei bis fünf Minuten möglich ist.

Das Innere eines Hochleistungs-CSS-Steckers zeigt die AC-Kabel (grün) und die Flüssigkeitskühlung für die DC-Kabel (rot).

Ladekabelparameter

Parameter Spezifikation
Nennspannung 1000 V max.
Kabelbiegeradius ≤300 mm
Nennstrom 500 A max. (Konstantstrom)
Kabellänge 5 Meter Max
Maximale Leistung 500 kW max.
Kabelgewicht 1,5 kg/m
Spannungsfestigkeit 3500 V AC/1 Minute
Arbeitshöhe ≤2000m
Isolationswiderstand (bei Normaltemperatur) ≥2000 MQ
Kunststoff Thermoplast
Konformität mit IEC 62196-1 unter heißen und feuchten Bedingungen Kapitel 21 Anforderungen
Klemmenmaterial T2 Kupfer/Messing
Oberflächenbehandlung der Anschlüsse Versilberung
Temperatursensortyp PT1000
Größe des Flüssigkeitskühlsystems 415 mm x 494 mm x 200 mm (B x H x L)
Eingriffswert des Temperatursensors 90
Betriebsspannung des Flüssigkeitskühlsystems 24 V Gleichstrom
Schutzstufe für den Pistolenkopf IP55
Betriebsstrom des Flüssigkeitskühlsystems 12A
Schutzstufe des Flüssigkeitskühlsystems Pumpe, Lüfter: IP54 / Kein Schutz
Leistung des Flüssigkeitskühlsystems 288 W
Einsteck- und Ausziehkraft ≤100N
Plug-and-Unplug-Leben 10.000 Mal (ohne Last)
Gewicht des Flüssigkeitskühlsystems 20 kg
Betriebsumgebungstemperatur -30 ~50
Kühlmittel Isolierendes Silikonöl
Flammhemmende Qualität UL 94-V0
Flammpunkt des Kühlmittels >200
Leiterspezifikation 35 mm² (Flüssigkeitskühlung)
Durchschlagsfestigkeit des Kühlmittels 15 kV
Wärmeverlust des Leiters 1300 kW (5 Meter Kabel, 500 A Strom)
Arbeitsflusswert 3–6 l/min (Umgebung 25 °C )
Kabelfarbe Schwarz
Arbeitsdruck des Flüssigkeitskühlsystems 0,7 MPa max.
Kabelaußendurchmesser Ø33,5±1mm
Maximal zulässiger Druck 0,8 MPa max.
Kabelmantelmaterial TPU
Maximale Kühlmitteltemperatur 80