Wie funktionieren Schnellladegeräte mit Flüssigkeitskühlung?

Schnellladegeräte mit Flüssigkeitskühlung verwenden flüssigkeitsgekühlte Kabel, um die hohe Hitze zu bekämpfen, die mit hohen Ladegeschwindigkeiten einhergeht. Die Kühlung erfolgt im Stecker selbst, indem Kühlmittel durch das Kabel und in den Kontakt zwischen dem Auto und dem Stecker fließt. Da die Kühlung im Stecker stattfindet, wird die Wärme fast augenblicklich abgeleitet, während das Kühlmittel zwischen der Kühleinheit und dem Stecker hin- und herfließt. Wasserbasierte Flüssigkeitskühlsysteme können Wärme bis zu 10-mal effizienter ableiten, und andere Flüssigkeiten können die Kühlleistung noch weiter verbessern. Daher erfährt die Flüssigkeitskühlung als effizienteste verfügbare Lösung immer mehr Aufmerksamkeit.

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

Kühlflüssigkeitsanschlüsse sind auf Langlebigkeit ausgelegt und widerstehen äußeren Bedingungen wie großer Hitze, Kälte, Feuchtigkeit und Staub. Sie sind außerdem so konzipiert, dass sie enormem Druck standhalten, um Leckagen zu vermeiden und lange Ladezeiten zu überstehen.

Der Flüssigkeitskühlungsprozess für Ladegeräte für Elektrofahrzeuge umfasst normalerweise ein geschlossenes Kreislaufsystem. Das Ladegerät ist mit einem Wärmetauscher ausgestattet, der an ein Kühlsystem angeschlossen ist, das entweder luftgekühlt oder flüssigkeitsgekühlt sein kann. Die beim Laden erzeugte Wärme wird an den Wärmetauscher übertragen, der sie dann an das Kühlmittel weitergibt. Das Kühlmittel ist normalerweise 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. Die Wärme wird dann je nach Ausführung des Ladegeräts 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 Aufladung über eine Reichweite von 96 km 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. (Dauerstrom)
Kabellänge 5 Meter Max
Maximale Leistung 500 kW max.
Kabelgewicht 1,5kg/m
Spannungsfestigkeit 3500 V Wechselstrom/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
Schutzniveau für den Pistolenkopf IP55
Betriebsstrom des Flüssigkeitskühlsystems 12A
Schutzniveau des Flüssigkeitskühlsystems Pumpe, Lüfter: IP54 / Kein Schutz
Leistung des Flüssigkeitskühlsystems 288 W
Einsteck- und Ausziehkraft ≤100N
Ein- und Ausstecken – Leben 10.000 Mal (ohne Belastung)
Gewicht des Flüssigkeitskühlsystems 20 kg
Umgebungstemperatur bei Betrieb -30 ~50
Kühlmittel Isolierendes Silikonöl
Flammhemmende Qualität UL 94-V0
Flammpunkt des Kühlmittels >200
Leiterspezifikation 35mm² (Flüssigkeitskühlung)
Durchschlagsfestigkeit des Kühlmittels 15 kV
Wärmeverlust des Leiters 1300 kW (5 Meter Kabel, 500 A Strom)
Arbeitsflusswert 3–6 l/min (Umgebungstemperatur 25 °C )
Kabelfarbe Schwarz
Arbeitsdruck des Flüssigkeitskühlsystems 0,7 MPa max.
Kabelaußendurchmesser Ø33,5±1 mm
Maximal zulässiger Druck 0,8 MPa max.
Kabelmantelmaterial TPU
Maximale Kühlmitteltemperatur 80