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.
Das Ladesystem basiert technisch auf dem Combined Charging System, wird jedoch mit einer neuen MCS Steckerspezifikation eine Ladeleistung bis zu 3,75 MW erlauben. Der Betrieb erfolgt mit Niederspannung von bis zu 1250 V bei einem maximalen Ladestrom von 3000 A.
Die Entwicklung wird in Deutschland anhand zweier Pilotprojekte vorangetrieben. Im Projekt HoLa werden Ladeparks entlang Autobahn A2 aufgebaut. Der Ersteinsatz erfolgt im Projekt NEFTON. In den USA wird im Electric Island Projekt des Energieministeriums die Technik weiterentwickelt, und eine Teststrecke von Tesla genutzt.
Technologie Bearbeiten
Die Geometrie des Steckers wurde auf der EVS35 in Oslo am 11. Juni 2022 durch die CharIn vorgeschlagen. Dabei wurde entgegen früherer Entwürfe 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.
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. Adapter für CCS-Fahrzeuge sind nicht vorgesehen.
Mit einer verbreiteten fahrzeugseitigen 800-V-Technik werden die ersten öffentlichen MCS-Ladepunkte bis 2027 mit 700 kW ausgelegt (Stand 2022), was die Kühlung vereinfacht. An der Leistung bis 3 Megawatt mit über 2000 A wird noch geforscht und gegebenenfalls auf Stromschienen und umströmte Kabel gewechselt.
Für einen späteren Einsatz von Robotern wird festgelegt, dass die fahrzeugseitige Anschlussbuchse auf der linken Seite sein muss, zwischen 2 und 4,8m von der vorderen Stoßstange gelegen. Der MCS-Stecker ist mit 101 mm Höhe und 116 mm Breite größer als der CCS Combo-2 Stecker (102 mm * 74 mm). Die Spezifikation der Anschlüsse erfolgt in IEC/TS 63379. Ein erster Entwurf der Norm (Draft 1.0) wurde im Oktober 2023 vorgelegt. Eine Verabschiedung wird im Februar 2024 angestrebt.
Geschichte 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.), 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, Tesla Motors und Volvo hinzu. 2016 wurde ein stärkeres, abwärtskompatibles CCS-Schnellladesystem mit bis zu 350 kW Ladeleistung vorgestellt. Diese wurden nachfolgend in einem HPC-Ladesäulen-Korridor installiert.
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. 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. Im März 2019 legte man dann einen Anforderungskatalog fest, 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.
Im September 2020 wurden im Testzentrum der NREL (National Renewable Energy Laboratory) verschiedene Steckertypen getestet, neben der Temperaturbeständigkeit auch Handhabung und Kompatibilität. 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. 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. 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.
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. Der CharIN-Boardmember Michael Keller hatte jedoch zum gleichen Zeitpunkt einen dreieckiges Stecker-Design in den Schaubildern vorgestellt. 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 Kommunikationsprotokolls. 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.
Die ABB-Ladestation für den MAN Prototypen im Mai 2022 wurde nicht im Einsatz gezeigt. Im Juni 2022 wurde der vollständige Ladevorgang gezeigt und die vorläufige dreieckige Steckerform präsentiert. Dabei wurde mit 800 V und 1250 A die Megawatt Ladeleistung einsatzfähig demonstriert.
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).
Der finale Standard soll 2024 verabschiedet werden. 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. Zudem soll das Protokoll auch auf der PLC-Verbindung auf TCP/IP umgestellt werden, sodass ISO 15118 Anwendungen eine direkte Verbindung zum Fahrzeug aufnehmen können (Verhicle-To-Grid, Plug-N-Charge).
Weitere Entwicklung Bearbeiten
Paxos hat angekündigt, ihr Steckersystem weiterzuentwickeln. Im Labor konnte man bereits Ende 2021 zeigen, dass ihr Ladesystem über 50 Minuten mit 1500 V bei 3.350 A lief. Vorgesehen sind mit dem Stecksystem bis zu 8.000 A. Paxos gab 2023 an, dass von großen Herstellern (für Muldenkipper in Minen, schwere Kräne, schwere Bagger, schwere Dampfer, Schnellfähren, Flugzeuge) auch Anfragen zwischen 6 und 40 Megawatt vorliegen.
Atlis konnte mit ihrem proprietären Stecker von Nxu an einem Demonstrator bei 960 V mit 1.120 A im März 2023 laden. Nxu hat zu Juli 2023 das CharIN-Konsortium verlassen und will ihren kleineren und leichteren Stecker in Konkurrenz zum MCS unter dem Markennamen NxuOne positionieren. MAN will ihr Ladesystem mit MCS-Stecker bis 2024 fertig entwickeln, wenn ihr erstes E-LKW-Modell auf die Straßen kommt. Diese LKW arbeiten dann mit 1250 V. Bei der Eröffnung der erste Megacharger-Stationen für den Tesla Semi in Kalifornien im Juli 2023 zeigte sich, dass diese nicht auf den MCS-Stecker umgerüstet wurden, sondern weiterhin das Tesla-Design einsetzen.
In einer Spezialanwendung wurde von WAE, einer Tochterfirma des australischen Bergbaukonzerns Fortescue Metals Group, ein Schnelllader mit 3 Megawatt errichtet. Ziel ist es, die elektrifizierten 240t-Muldenkipper mit 1400 kWh Traktionsbatterie binnen 30 Minuten laden zu können.
Einsatz Bearbeiten
Tesla betreibt seit 2018 eine Teststrecke für den Tesla Semi von Nevada nach Modesto/Kalifornien. Die beiden Ladeparks wurden 2020 mit MCS ausgerüstet. Auch in der Vorserien-Testinfrastruktur rund um den Erstkunden Pepsi/Frito-Lay (beginnend Ende 2022/Anfang 2023) setzt Tesla auf MCS in der Entwicklerversion 2.x.
Das Argonne National Laboratory, ein Forschungsinstitut des Energieministerium der Vereinigten Staaten, hat im Testzentrum in Portland einen Ladepark mit MCS aufgebaut. Die „Electric Island Charging Plaza“ ist seit Juni 2021 zugänglich. Genutzt werden dort CCS-Combo-1-Stecker, wie in der Videodokumentation zu sehen ist.
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. 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. Ab Juni 2022 werden entlang der Autobahn A2 Ladeparks mit bis zu 750 kW Ladeleistung aufgebaut, die ab Herbst 2023 zur Verfügung stehen sollen. Bis 2024 sollen 2 Teststationen und 2 Ladeparks entstehen, die zwischenzeitlich mit je 2 CCS-Combo-2-Ladepunkten ausgestattet werden, die in dem Jahr dann auf je 2 MCS Ladepunkte umgerüstet werden.
Der Ersteinsatz des MCS-Systems erfolgt ab 2023 mit einer Ladeleistung von 1 MW im Rahmen des Forschungsprojektes NEFTON unter Beteiligung von AVL, Forschungsstelle für Energiewirtschaft, Fraunhofer ISE, MAN, Prettl Electronics Automotive, TH Deggendorf und TU München.
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.
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. Gegen das existierende Vorbild Deutschlandnetz haben jedoch die kommerziellen Ladesäulenbetreiber im August 2022 Beschwerde bei der Generaldirektion Wettbewerb (DG Competition) der EU-Kommission eingereicht. Derweil hat sich im September 2022 das Konsortium „CV Charging Europe“ (CV = Commercial Vehicle) in Amsterdam gegründet, an dem Daimler, Volvo und Traton (VW-Gruppe) beteiligt sind, und 500 Millionen Euro für den Bau eines Ladenetzes für Lkw bereitlegt. Ziel ist die Planung von 1700 Ladepunkten. Im Dezember 2022 wurde die Marke Milence als Bezeichnung für das zu errichtende Ladenetz eingetragen.
Im September 2022 hat die Nationale Leitstelle Ladeinfrastruktur des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr die Planungen für die Ladepark-Prototypen mit MCS herausgegeben. Bis 2027 werden die MCS-HPC-Ladepunkte mit 700 kW errichtet. Ladepark I an der A2 (siehe HoLa) an der Raststätte Rhynern Nord mit 5 MCS-HPC-Ladepunkten bis 2027 und 24 MCS-HPC-Ladepunkten bis 2035. Ladepark II an der Raststätte Rohnetal an der A38 nahe Sangerhausen mit 4 MCS-HPC-Ladepunkten bis 2027 und 14 MCS-HPC-Ladepunkten bis 2035. Ladepark III an Rastplatz Bergler Feld Ost an der A31 nahe Nordhorn mit 2 MCS-HPC-Ladepunkten bis 2027 und 10 MCS-HPC-Ladepunkten bis 2035. Neben den HPC-Ladepunkten werden zusätzlich Übernacht-Ladepunkte mit 100 kW mit MCS-Anschluss errichtet. Diese Planungen wurden von Traton als zu langsam kritisiert.
Im Rahmen von Horizont Europa „Klima, Energie und Mobilität“ sollen Ladeparks entlang der TEN-T Transportkorridore durch die EU gefördert werden. Im ersten Projekt bis April 2024 entsteht in Prototyp eines Ladeparks mit mindestens vier Ladepunkten mit 1 Megawatt („Integrated flexible multipoint megawatt charging systems for electric truck mass deployment“) Dieses entsteht in Partnerschaft mit 2ZERO („Towards zero emission road transport“) mit einer Fördersumme von 17 Millionen Euro.
WattEV ist ein 2020 gegründeter Verleiher für Elektro-LKW, die auch ein Netz an öffentlichen Ladestationen an der Westküste der USA unterhalten. Sie erhielten im August 2023 Fördergelder zur Einrichtung von 18 Ladepunkten mit MCS nahe Sacramento und 6 Ladepunkten mit MCS nahe Portland. Sie sollen in der zweiten Jahreshälfte 2025 mit 1200 kW betriebsbereit sein.
Siehe auch Bearbeiten
- CHAdeMO ChaoJi-Stecker mit 600 A für Nutzfahrzeuge in China/Japan, Erweiterung über 1 Megawatt geplant.
- Tesla Supercharger V4 – geplante Adaption des Kühlverfahrens des Tesla Megachargers für bisherige Stecker (615 A mit 1000 V)
Einzelnachweise Bearbeiten
- Megawatt-Laden für Nutzfahrzeuge: CharIN demonstriert erstmals MCS-Ladevorgang. 14. Juni 2022, abgerufen am 15. Juni 2022.
- ↑ Sebastian Schaal: Megawatt-Laden für Nutzfahrzeuge: CharIN demonstriert erstmals MCS-Ladevorgang. In: electrive.net. 14. Juni 2022, abgerufen am 15. Juni 2022.
- ↑ CharIN e. V. officially launches the Megawatt Charging System (MCS) at EVS35 in Oslo, Norway – CharIN. Abgerufen am 15. Juni 2022.
- ↑ Dino Sasaridis (Tesla): 2020 CharIN Tuesday GLOBAL - Part 2 - 08.12.2020. Länge 7:50, [Video]. Hrsg.: CharIN. 8. Dezember 2020 (englisch, youtube.com).
- Megawatt Charging System (MCS). Abgerufen am 15. Juni 2022.
- 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.
- Irina Hübner: Verdreifachung der Ladegeschwindigkeit bei E-Lkw. ElektronicNet, 21. Oktober 2022: „Hohe elektrische Ströme, jenseits der 2000 A, lassen sich im Automobilbereich nicht mehr durch klassische Kabel transportieren, da die Kühlung hier eine zu große Herausforderung darstellt. Daher wird im NEFTON-Projekt beispielsweise an Stromschienen oder verschiedenen Geometrien, wie mit Kühlmittel durchflossene oder umströmte Leiter geforscht, die ein deutlich besseres Wärmemanagement ermöglichen.“
- PD IEC/TS 63379 Ed 1.0 PLUGS, SOCKET-OUTLETS, VEHICLE CONNECTORS AND VEHICLE INLETS – CONDUCTIVE CHARGING OF ELECTRIC VEHICLES - Vehicle connector, vehicle inlet and cable assembly for Megawatt DC charging. British Standards Institute, abgerufen am 19. November 2023.
- Batteriepodcast HIU: E-Lkw: Wann kommt Megawatt-Charging? Niko Waxmann (P3) (ab 0:07:10) auf YouTube, 19. November 2023.
- Mission & Purpose. Bei: CharINeV.org. Abgerufen am 27. März 2016.
- MAN beteiligt sich an CHARIN. Abgerufen am 15. Juni 2022.
- CharIN e. V. welcomes member Tesla Motors. Bei: CharINeV.org. 24. März 2016, abgerufen am 27. März 2016.
- Volvo plädiert für einheitliche Lade-Infrastruktur. Bei: ElektronikNet.de. 10. März 2016, abgerufen am 27. März 2016.
- Europäischer 350-kW-Ladesäulen-Korridor. Bei: heise.de. 21. Oktober 2016, abgerufen am 22. August 2017.
- ↑ CharIN HPCCV Task Force: High Power Plug Update. CharIN, April 2020, abgerufen am 26. August 2021.
- Rustam Kocher: Standardization Task Force update. 11. Juni 2019, abgerufen am 10. Januar 2021.
- Russell Truemner: 18. Februar 2019, archiviert vom am 10. Juli 2019; abgerufen am 10. Januar 2021.
- 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)“
- 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.“
- 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.
- ↑ Theodore Bohn (Argonne National Laboratory): So what’s up with the Megawatt Charging System (MCS) standard? EPRI Bus & Truck (Charlotte, NC), 12. April 2022.
- ↑ Sebastian Schaal: Paxos und RWTH Aachen testen eigenen Megawatt-Ladestecker. Electrive Net, 25. Februar 2022.
- ↑ Gregor Honsel: Elektromobilität: Laden mit bis zu 12 Megawatt. Heise Verlag, 29. September 2022.
- MAN und ABB E-mobility zünden nächste Stufe für Elektromobilität im Lkw-Fernverkehr. In: Medienmitteilung. ABB, 16. Mai 2022.
- Felix Arthur: First Public #Megawatt Charging Simulation. Twitter, 13. Juni 2022.
- Mark Kane: CharIN Officially Launches The Megawatt Charging System (MCS). Inside EV, 15. Juni 2022.
- CharIN Whitepaper Megawatt Charging System (MCS) - Recommendations and requirements for MCS related standards bodies and solution suppliers - Version 1.0. CharIN, 24. November 2022 (englisch).
- Wolfgang Kempkens: Superschnelles Laden mit zwölf Megawatt. Golem, 30. September 2022.
- electriveNet: „Wir wollen es ohne Standard schaffen“ – Peter Hakenberg von Paxos (ab 0:00:40) auf YouTube, 1. August 2023.
- First-ever Megawatt Charging Demonstration / Atlis Energy auf YouTube, abgerufen am 12. März 2023.
- Mark Kane: Nxu To Challenge CharIN's MCS With NxuOne Megawatt Charging Solution. InsideEVs, 1. Juli 2023.
- Iris Martinz: MAN entwickelt System für maximal 45 Minuten Ladezeit. 8. März 2023.
- https://twitter.com/RodneyaKent/status/1683899921102168064
- Shane Lasley: Massive Fortescue mining truck battery. Metal Tech News, 23. Januar 2023.
- Giles Parkinson: Fortescue rolls out 3MW fast charger as it trials huge electric and hydrogen haul trucks. The Driven, 27. Juli 2023.
- Joey Klender: An up-close look at Tesla’s liquid-cooled Megachargers at Frito Lay. Teslarati, 20. Juni 2022, abgerufen am 11. Juni 2023 (englisch).
- Electric Island: Building the First Public Charging Station for Commercial Vehicles in the U.S. auf YouTube
- ↑ Megawatt-Ladestationen an der A2. auto-motor-sport, 15. Oktober 2021.
- Keynote by Stefan Perras (Siemens Smart Infrastructure) / IAA TRANSPORTATION 2022 auf YouTube
- Elektro-Lkw. Ultraschnelles Laden mit 1 MW. In: elektroniknet.de. 19. Oktober 2021, abgerufen am 29. Juni 2022.
- ABB and Lilium team to revolutionize charging infrastructure for regional air travel. ABB, 13. Oktober 2021 (englisch).
- VDA - Verband der deutschen Automobilindustrie, 11. März 2022, archiviert vom am 16. März 2022.
- Claudia Scholz: Zwei Milliarden Euro: Eines der wichtigsten Auto-Projekte Deutschlands droht zu scheitern. Handelsblatt, 2. August 2022.
- Nutzfahrzeug-Ladeinfrastruktur: Joint Venture wartet auf EU-Regeln. mmCH.online/Electrive, 7. September 2022.
- E-Lkw: Startschuss für das Milence-Ladesäulen-Netz. Deutsche Verkehrs-Zeitung, 7. Dezember 2022.
- Einfach Laden an Rastanlagen - Auslegung des Netzanschlusses für E-Lkw-Lade-Hubs. Nationale Leitstelle Ladeinfrastruktur, September 2022.
- Integrated flexible multipoint megawatt charging systems for electric truck mass deployment (2ZERO Partnership) (2024). (englisch, HORIZON-CL5-2024-D5-01).
- https://electrek.co/2023/07/24/wattev-opens-uss-largest-electric-truck-charge-depot-at-nations-largest-port/
- https://www.electrive.net/2022/03/23/wattev-bestellt-50-volvo-vnr-electric-fuer-sein-taas-angebot/
- Marisa Higgins: WattEV Secures $40.5 Million Grants to Expand Electric Truck Charging Network. Environmental Leader, 7. August 2023.
- Charles Morris: WattEV awarded $40.5 million to build truck charging depots in Northern California and Oregon. Charged EVs, 7. August 2023.
Hinweise:
- die 40 Megawatt beziehen sich offenbar auf Schaufelradbagger