Megawatt Charging System

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Voraussichtliche Anschlussgeometrie, bestehend aus 2 Gleichstromkontakten (DC), Schutzleiter (PE) 2 Kommunikationsleitungen (Comm.) und CCS-kompatiblen Pilotpins (CP, PP).[1]

Das Megawatt-Ladesystem MCS, von englisch Megawatt Charging System, ist ein Schnellladesystem für die Elektromobilität, hauptsächlich von Lastkraftwagen. Der Standard befindet sich seit 2018 in der Entwicklung, im Juni 2022 wurde der aktuelle Entwicklungsstand öffentlich vorgestellt.[2]

Das Ladesystem basiert technisch auf dem Combined Charging System, wird jedoch mit einer neuen MCS Steckerspezifikation eine Ladeleistung bis zu 3,75 MW erlauben.[2] Der Betrieb erfolgt mit Niederspannung von bis zu 1250 V bei einem maximalen Ladestrom von 3000 A.[2]

Die Entwicklung wird in Deutschland anhand zweier Pilotprojekte vorangetrieben. Ab Juni 2022 werden entlang der Autobahn A2 Ladeparks mit bis zu 750 kW Ladeleistung aufgebaut, die ab Herbst 2023 zur Verfügung stehen sollen.[3] Der Ersteinsatz des MCS-Systems erfolgt ab 2023 mit einer Ladeleistung von 1 MW im Rahmen des Forschungsprojektes NEFTON unter Beteiligung der Forschungsstelle für Energiewirtschaft.[4]

Technologie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Geometrie des Steckers wurde auf der EVS35 in Oslo am 11. Juni 2022 durch die CharIn vorgeschlagen.[5] Dabei wurde entgegen früherer Entwürfe[6] eine dreieckige Steckergeometrie vorgestellt. Dabei wird die Leistung über zwei Gleichstromkontakte an der Oberseite des Steckers übertragen. Die Kommunikation erfolgt über die Kommunikationsleitungen in der Steckermitte. CCS-abgeleitete Pilotlinien (CP, PP) sowie der Schutzleiter (PE) befinden sich im unteren Teil des Steckers.

Zur Kommunikation wird voraussichtlich die PLC (HomePlug GreenPHY wie bei CCS) eingesetzt, während als Kommunikationsprotokoll die ISO 15118-20 angewandt wird.[7]

Bei der maximalen Stromstärke von 3000 A werden dabei Stecker und Anschluss gekühlt. Bei ausschließlicher Kühlung des Steckers wird auf 1000 A begrenzt. Ohne Kühlung von Stecker oder Kabel ist der Ladestrom auf 350 A begrenzt.[8] Adapter für CCS Fahrzeuge sind nicht vorgesehen.

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Audi, BMW, Daimler, Mennekes, Opel, Phoenix Contact, Porsche, TÜV Süd und Volkswagen gründeten im Mai 2015 in Berlin die Charging Interface Initiative e. V. (CharIN e. V.),[9] eine Initiative, die sich zum Ziel gesetzt hat, das CCS Ladesystem zu fördern und zu verbreiten. Bis 2017 stießen unter anderem auch die OEM MAN[10], Tesla Motors[11] und Volvo[12] hinzu. 2016 wurde ein stärkeres, abwärtskompatibles CCS-Schnellladesystem mit bis zu 350 kW Ladeleistung vorgestellt. Diese wurden nachfolgend in einem HPC-Ladesäulen-Korridor ausgerollt.[13]

Für die Nutzung durch große Lastkraftwagen sind auch 350-kW-Ladesäulen zu knapp dimensioniert. Im Rahmen des CharIN-Konsortiums wurde daher im März 2018 eine Arbeitsgruppe gebildet.[14] Die Arbeitsgruppe HPCCV (englisch High Power Charging for Commercial Vehicles) befragte die Mitglieder nach Vorschlägen, die von fünf Firmen dann eingereicht wurden: Tesla, Electrify America, ABB, paXos und Stäubli.[15] Im März 2019 legte man dann einen Anforderungskatalog fest[16], wonach für erwartete Kapazitäten von 200–600 kWh in Lastkraftwagen mindestens 1 MW je Ladesäule bei dauerhaft 1000 A notwendig sind. Die zukünftige Steckerspezifikation soll bis zu 3000 A bei 1500 V unterstützen.[14]

Verworfenes Design der Entwicklerversionen 2.x

Im September 2020 wurden im Testzentrum der NREL (National Renewable Energy Laboratory) verschiedene Steckertypen getestet, neben der Temperaturbeständigkeit auch Handhabung und Kompatibilität.[17][18] Der Schattenriss bei Tesla vom Dezember 2020 wies noch eine viereckige Grundform auf, entsprechend vorherigen Angaben über Hohlstecker mit Anschlussgabeln für den Gleichstrom und CCS-kompatiblen Pilotpins.[6] Nachdem die Spezifikation weiter fortgeschritten war, wurden im August 2021 noch vier Steckerformen beim NREL getestet, wobei in der erweiterten Testserie bis zu 3,75 MW geprüft wurden.[19] Die Geschichte der MCS Versionen 2022 zeigte, dass die ursprüngliche Version 1.0 2019 ein dreieckiges Design hatte, das sich aber nicht als berührungssicher herausstellte. Die Versionen 2.0 bis 2.4 wurden 2020 mit einem rechteckigen Stecker und flachen Anschlüssen getestet, jedoch wegen Patentproblemen zurückgestellt. Für die Versionen bis 3.2 2021 wechselte man zurück zu einem dreieckigen Stecker mit runden Anschlüssen und verlängertem Gehäuse.[20]

Im Rahmen des Projekts IDEAL (Innovative DC-Technologie zur nachhaltigen Integration moderner Ladeinfrastruktur für die Elektromobilität) entwickelte man den runden Paxos-Stecker (der Paxos GmbH) weiter und testete diesen an der RWTH Aachen im Februar 2022.[21] Der CharIN-Boardmember Michael Keller hatte jedoch zum gleichen Zeitpunkt einen dreieckiges Stecker-Design in den Schaubildern vorgestellt.[21] Bei der IAA Transportation in Hannover im September 2022 wurde das Paxos Design mit bis zu 12 Megawatt zwar als überlegen anerkannt, aber ihm fehlte auch dann noch die Definition eines Kommmunikationsprotokolls. Daher wurde es für die Standardisierung von MCS aus zeitlichen Gründen verworfen. Für die Verwendung im Lkw-Bereich mit den begrenzten Lenkzeiten sind so hohe Megawattzahlen auch nicht notwendig.[22]

Die ABB-Ladestation für den MAN Prototypen im Mai 2022 wurde nicht im Einsatz gezeigt.[23] Im Juni 2022 wurde der vollständige Ladevorgang gezeigt und die vorläufige dreieckige Steckerform präsentiert.[5] Dabei wurde mit 800 V und 1250 A die Megawatt Ladeleistung einsatzfähig demonstriert.[24]

Seit 2018 parallel laufende Standardisierungen der SAE für einen Stecker für Luftfahrzeuge (SAE AS6968 und AIR7357) wurden 2022 mit Verweis auf die MCS Standardisierung eingestellt (dort unter SAE J3271).[20]

Der finale Standard soll 2024 verabschiedet werden.[25] Als offener Punkt gelten noch Tests zur Störfestigkeit der PLC Verbindung zur Kommunikation, wonach notfalls auf eine CAN Verbindung über den Pilotkontakt umgeschwenkt werden muss.[22][20]

Einsatz[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Tesla betreibt seit 2018 eine Teststrecke für den Tesla Semi von Nevada nach Modesto/Kalifornien. Die beiden Ladeparks wurden 2020 mit MCS ausgerüstet.[20] Das Argonne National Laboratory, ein Forschungsinstitut des Energieministerium der Vereinigten Staaten, hat im Testzentrum in Portland einen Ladepark mit MCS aufgebaut, der seit Juni 2021 zugänglich ist.[20][26]

Im Oktober 2021 wurde bekannt, dass unter Beteiligung der Hersteller Daimler Truck, MAN, Scania und Volvo ein Korridor mit vier Hochleistungs-Ladeparks (HoLa) entlang der Bundesautobahn 2 zwischen Berlin und Duisburg errichtet werden soll.[3] Die Investitionen für das Megawattladen an der A2 sollen 27 Millionen Euro betragen, wovon zwölf Millionen als Fördersumme vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr beigesteuert werden.[3] Bis 2024 sollen 2 Teststationen und 2 Ladeparks entstehen, die zwischenzeitlich mit je 2 CSS Ladepunkten ausgestattet werden, die in dem Jahr dann auf je 2 MCS Ladepunkte umgerüstet werden.[27]

Nachdem Lilium für sein senkrecht startendes und landendes Luftfahrzeug mit 900-kWh-Batterie bisher auf einen CCS-Anschluss gesetzt hatte, gab das Unternehmen im Oktober 2021 bekannt, dass es zu MCS wechseln wird.[28]

Im Februar 2022 veröffentlichte der Verband der Automobilindustrie (VDA) eine Stellungnahme „Masterplan Ladeinfrastruktur 2.0“, bei der in Anlehnung an das „Deutschlandnetz“ mit mindestens 200 kW je Ladepunkt, ein „Deutschlandnetz für Lkw“ mit mindestens 700 kW je Ladepunkt gefordert wird. Das Megawatt-Ladesystem MCS soll dabei eine Technologievoraussetzung sein.[29] Gegen das existierende Vorbild Deutschlandnetz haben jedoch die kommerziellen Ladesäulenbetreiber im August 2022 Beschwerde bei der Generaldirektion Wettbewerb (DG Competition) der EU-Kommission eingereicht.[30]

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Megawatt-Laden für Nutzfahrzeuge: CharIN demonstriert erstmals MCS-Ladevorgang. 14. Juni 2022, abgerufen am 15. Juni 2022 (deutsch).
  2. a b c Sebastian Schaal: Megawatt-Laden für Nutzfahrzeuge: CharIN demonstriert erstmals MCS-Ladevorgang. In: electrive.net. 14. Juni 2022, abgerufen am 15. Juni 2022 (deutsch).
  3. a b c Megawatt-Ladestationen an der A2. auto-motor-sport. 15. Oktober 2021.
  4. Elektro-Lkw. Ultraschnelles Laden mit 1 MW. In: elektroniknet.de. 19. Oktober 2021, abgerufen am 29. Juni 2022.
  5. a b CharIN e. V. officially launches the Megawatt Charging System (MCS) at EVS35 in Oslo, Norway – CharIN. Abgerufen am 15. Juni 2022.
  6. a b Dino Sasaridis (Tesla). (8. Dezember 2020). 2020 CharIN Tuesday GLOBAL - Part 2 - 08.12.2020. CharIN. 7:50.
  7. Megawatt Charging System (MCS). Abgerufen am 15. Juni 2022.
  8. Meintz, Andrew: Charging Infrastructure Technologies: Development of a Multiport, >1 MW Charging System for Medium- and Heavy-Duty Electric Vehicles. National Renewable Energy Laboratory. 24. Juni 2021. Abgerufen am 26. August 2021.
  9. Mission & Purpose. Bei: CharINeV.org. Abgerufen am 27. März 2016.
  10. MAN beteiligt sich an CHARIN. Abgerufen am 15. Juni 2022.
  11. CharIN e. V. welcomes member Tesla Motors. Bei: CharINeV.org. 24. März 2016, abgerufen am 27. März 2016.
  12. Volvo plädiert für einheitliche Lade-Infrastruktur. Bei: ElektronikNet.de. 10. März 2016, abgerufen am 27. März 2016.
  13. Europäischer 350-kW-Ladesäulen-Korridor. Bei: heise.de. 21. Oktober 2016, abgerufen am 22. August 2017.
  14. a b CharIN HPCCV Task Force: High Power Plug Update. CharIN. April 2020. Abgerufen am 26. August 2021.
  15. Rustam Kocher: Standardization Task Force update. 11. Juni 2019. Abgerufen am 10. Januar 2021.
  16. Russell Truemner: Task Force Aggregated Requirements. 18. Februar 2019. Archiviert vom Original am 10. Juli 2019. Abgerufen am 10. Januar 2021.
  17. The CharIN path to Megawatt Charging (MCS): Successful connector test event at NREL. CharIN. 13. Oktober 2020. Abgerufen am 10. Januar 2021: „On September 23-24, 2020 … Fit and ergonomics evaluation of the MCS connector and inlet … At the facilities of National Renewable Energy Laboratory (NREL)“
  18. NREL-Hosted Event Supports Industry Development of Megawatt Charging System Connectors. In: News Info. NREL. 12. Oktober 2020. Abgerufen am 10. Januar 2021: „Megawatt Charging System (MCS), a new charging standard for medium- and heavy-duty electric vehicles … enabled seven vehicle inlets and 11 charger connectors to test their designs together. … high-current nature of this system presents unique challenges to minimize cable length to improve efficiency and reduce thermal cooling … test matrix covering all connector and inlet combinations. … CharIN group has identified a list of priority requirements for a new high-power bidirectional charging system, including compatibility with up to 1,500 volts and 3,000 amps.“
  19. Industry Experts, Researchers Put Charging Systems for Electric Trucks to the Test. In: News. National Renewable Energy Laboratory. 3. August 2021. Abgerufen am 11. Oktober 2021.
  20. a b c d e Theodore Bohn (Argonne National Laboratory): So what’s up with the Megawatt Charging System (MCS) standard?. EPRI Bus & Truck (Charlotte, NC). 12. April 2022.
  21. a b Sebastian Schaal: Paxos und RWTH Aachen testen eigenen Megawatt-Ladestecker. Electrive Net. 25. Februar 2022.
  22. a b Gregor Honsel: Elektromobilität: Laden mit bis zu 12 Megawatt. Heise Verlag. 29. September 2022.
  23. MAN und ABB E-mobility zünden nächste Stufe für Elektromobilität im Lkw-Fernverkehr. In: Medienmitteilung. ABB. 16. Mai 2022.
  24. Felix Arthur: First Public #Megawatt Charging Simulation. Twitter. 13. Juni 2022.
  25. Mark Kane: CharIN Officially Launches The Megawatt Charging System (MCS). Inside EV. 15. Juni 2022.
  26. Electric Island: Building the First Public Charging Station for Commercial Vehicles in the U.S. auf YouTube
  27. Keynote by Stefan Perras (Siemens Smart Infrastructure) / IAA TRANSPORTATION 2022 auf YouTube
  28. ABB and Lilium team to revolutionize charging infrastructure for regional air travel. ABB. 13. Oktober 2021.
  29. Aufbau E-Ladenetz für Nutzfahrzeuge fokussieren – 5 Mrd. Booster-Förderung bis 2025. VDA - Verband der deutschen Automobilindustrie. 11. März 2022. Archiviert vom Original am 16. März 2022.
  30. Claudia Scholz: Zwei Milliarden Euro: Eines der wichtigsten Auto-Projekte Deutschlands droht zu scheitern. Handelsblatt. 2. August 2022.