Der Begriff HPC steht in der Elektromobilität für High-Power Charging, auch bekannt unter HPC-Laden oder Ultraschnellladen von Elektroautos. HPC-Ladestationen haben eine Ladeleistung von mindestens 150 kW. Dadurch kann im Optimalfall eine Reichweite von rund 300 km in nur 20 Minuten aufgeladen werden.

Was ist High Power Charging?

High Power Charging (HPC) ist eine Ladetechnologie, die ultraschnelles Laden von Elektrofahrzeugen ermöglicht. Es handelt sich um eine fortgeschrittene Form des DC-Ladens (Gleichstrom-Laden), die dank verschiedener Arten von flüssig gekühlten Kabeln funktioniert. Vorreiter dieser Kabeltechnologie ist die Unternehmung Phoenix Contact.

Ab einer Ladeleistung von 150 kW spricht man von HPC-Ladesäulen. Je nach Fahrzeugmodell reichen dann wenige Minuten laden für 100 km Reichweite. Beispielsweise braucht ein Porsche Taycan unter idealen Bedingungen nur fünfeinhalb Minuten dafür. Innerhalb etwa 25 Minuten sollen so zirka 80% des Akkus aufgeladen werden. Damit werden lange Wartezeiten – eine wichtige Hürde der Elektromobilität – immer weniger relevant.

Kann jedes E-Auto an einer HPC-Säule aufgeladen werden? Welche Anschlüsse werden benötigt?

Die meisten HPC-Ladestationen in Europa sind mit einem serienmäßigen CCS-Anschluss (Combined Charging System) von Typ 2 ausgestattet. Folglich können alle E-Autos mit einem CCS-Stecker Typ 2 an einer HPC-Station aufgeladen werden. In Europa handelt es sich dabei um den Standartstecker für Schnelladen, der in den meisten E-Autos eingebaut ist.

Obwohl sich der CCS-Stecker gegenüber anderen Ladeanschlüssen bewährt habt, gibt es auch High Power Charger, die andere Stecker akzeptieren. Beispielsweise gibt es den CHAdeMO, welcher oft von asiatischen Herstellern eingebaut wird. In Amerika ist der NACS-Anschluss weit verbreitet. Der ursprünglich von Tesla verbreitete Stecker entwickelt sich dort immer mehr zum neuen Standard. Tesla Supercharger in Europa sind meistens mit beiden Stecker-Typen, dem CCS Typ 2 und dem NACS, ausgestattet.

Was ist der Unterschied zwischen HPC und DC?

Der wesentliche Unterschied zwischen Schnellladesäulen und HPC-Ladern ist die Ladeleistung und somit die Zeit, die man als Fahrer eines Elektroautos an der Ladesäule verbringt. Die Ladezeiten bei Schnellladestationen ist länger als bei HPC-Ladestationen.

Ladesäulen können in drei Hauptkategorien eingeteilt werden: ultraschnell, schnell (DC-Laden) und normal (AC-Laden). Eine typische Schnellladestation liefert mehr als 50 kW Ladeleistungen. Schnellladepunkte laden damit etwa 5 bis 15 Mal schneller im Vergleich zu einer Wallbox oder einem anderes Wechselstrom-Ladegerät. Ab einer Ladeleistung von 150 kW spricht man dann von ultraschnellen Ladegeräten. Sie ermöglich nochmals bis zu dreimal kürzere Ladezeiten als bei Schnellladestationen.

Was ist die schnellste Ladesäule?

Die leistungsstärksten HPC-Ladestationen der Welt liefern maximal 500 kW. Sie werden von Herstellern wie NIO, EnerCharge und ITT Cannon produziert. In weniger als drei Minuten könnten mit diesen Ladesäulen bis zu 100 km Reichweite geladen werden. Es gibt bisher aber noch kein Elektroauto, das soviel Leistung überhaupt aufnehmen kann (Stand November 2023).

Wie schädlich ist Schnelladen für die Batterie meines Autos?

Je höher die Spannung und der Strom , desto höher die Ladegeschwindigkeit. Entsprechend schneller füllt sich der Energiespeicher der Batterie. Das schnelle Laden ist jedoch nicht unproblematisch, da hohe Ladeströme viel Wärme erzeugen. Schließlich kann die Schnellladeinfrastruktur Spannungen von bis zu 920 Volt und bis zu 500 Ampere erreichen.

Dies stellt hohe Anforderungen an alle am Ladeprozess beteiligten Komponenten der Ladeinfrastruktur, einschließlich der Batterie. Um die Belastung der verwendeten Komponenten zu verringern, werden die Systeme zur Energieübertragung gekühlt. Als Kühlmittel wird eine umweltfreundliche Wasser-Glykol-Mischung verwendet.

Aber trotzdem: Durch die hohen Stromspannungen beim Schnellladen altert der Akku des Fahrzeugs schneller. Wenn ein E-Auto über einen gesamten Lebenszyklus hinweg nur mit HPC-Ladestationen aufladen wird, verliert der Akku angeblich bis zu einem Fünftel seiner Speicherkapazitäten mehr im Vergleich zu einem E-Auto, dass nur an leistungsschwachen Ladesäulen aufgeladen wird. Dies ist das Resultat einer langjährigen Studie von Aviloo, einem österreichisches Start-up, welches sich auf die Analyse von Elektroauto-Batterien spezialisiert hat.

Was kostet HPC-laden?

Je nach Ladenetz und Betreiber variieren die Stromkosten bei HPC-Ladestationen. Daher kann hier keine allgemein gültige Aussage hinsichtlich der Kosten getroffen werden. Informieren Sie sich am besten bei verschiedenen Anbietern wie EnbW, E.On, Tesla oder IONITY.

Grundsätzlich gilt aber: Je mehr Stromleistung der Ladepunkt liefern kann, umso teurer wird das Laden. Wer also möglichst billig laden möchte, sollte lieber an leistungsschwachen AC-Säulen laden.

Wann nutzt man eine High Power Charging Ladesäule?

Die Nutzung von HPC-Stationen ist dann sinnvoll, wenn der Ladebedarf hoch ist. Ein hoher Ladebedarf kann sich einerseits durch eine hohe Auslastung und andererseits durch hohe Lademengen äußern. In solchen Fällen ist das Ziel, so viel wie möglich so schnell wie möglich zu laden.

HPC-Ladepunkte sind ideal geeignet für Tankstellen, Rastplätze und andere Standorte mit kurzer Verweildauer oder hohem Verkehrsaufkommen. Oftmals befinden sich HPC-Ladesäulen in der Nähe von Autobahnen, da dadurch das Fahren von Langstrecken vereinfacht wird.

Standorte, die mit Hochleistungsladegeräten ausgestattet sind, werden aber auch für E-Taxis, emissionsfreie Zustellung, Carsharing und andere Kundengruppen attraktiv, die an einer möglichst tiefen Ladedauer interessiert sind.

Auch um die Ziele der Klimapolitik hinsichtlich der E-Mobilität zu erreichen werden Ultraschnellader benötigt. Grund dafür ist, dass nur eine Minderheit den Luxus einer Ladestation zuhause oder auf der Arbeit genießen darf. Deshalb muss sichergestellt werden, dass viele elektrische Autos zügig aufgeladen werden können, ohne stundenlang auf den nächsten freien Ladepunkt warten zu müssen.

Es werden hingegen keine ultraschnelle Ladegeräte für das Aufladen des E-Autos zuhause, bei der Arbeit, oder bei einem Kino-Besuch benötigt. In diesen Situationen ist die Parkdauer genügend lang, um mit tieferen Leistungen genügend Energie zu tanken.

Wie plane ich HPC in meine Reise ein?

Wenn Sie eine lange Reise, einen Urlaub oder ähnliches planen, können Sie Zeit sparen, indem Sie vor dem Start eine Liste mit HPC-Ladepunkten vorbereiten. Da sich das Netzwerk an HPC-Standorten in den letzten Jahren vervielfacht hat, ist es durchaus möglich, auf längeren Strecken mit Elektrofahrzeugen ausschließlich HPC-Ladestationen zu nutzen. Ansonsten ermöglicht das dichte Schnellladenetz mit DC-Chargern ab 50 kW Ladeleistung ebenfalls schnelles laden.

Je weniger Sie sich darauf konzentrieren, die Batterie des E-Autos vollständig aufzuladen, desto schneller erreichen Sie Ihr Ziel. Grund dafür ist der Verlauf der Ladekurve. Es sind meistens die letzten 20%, um den Ladevorgang vollständig abzuschließen, die am längsten dauern. Daher ist es besser, bei einem Akkustand von maximal 80% weiterzufahren.

Was gibt es für Ladeunterschiede zwischen Sommer und Winter?

Tatsächlich ist die maximale Ladeleistung von HPC-Ladestationen alleine nicht sonderlich aussagekräftig. Die Leistung im Winter ist beispielsweise grundsätzlich tiefer als jene im Sommer.

Grund dafür ist einerseits die Temperatur der Batterie des Elektroautos. Je kühler die Batterie ist, desto weniger Ladeleistung kann sie aufnehmen. Andererseits spielt die Temperatur des Ladeparks eine wichtige Rolle. Auch hier gilt: Umso kälter die Anlage ist, desto weniger Leistung kann sie abgeben.

Nicht nur die Ladekabel, sondern der gesamte Ladepark werden mit einer Flüssigkeit gekühlt respektive geheizt, je nach Außentemperatur. Bei der Kühlflüssigkeit handelt es sich um eine Mischung aus Glykol und Wasser. Dabei handelt es sich um die gleiche Mischung, die zur Kühlung der Ladekabel verwendet wird, und durch die HPC-Laden überhaupt möglich ist.

Was kostet eine HPC-Ladesäule?

Die Installation von High Power Chargern ist sehr kostenintensiv. Es ist schwierig, eine genaue Aussage zu treffen. Einerseits sind die Gerätepreise je nach Hersteller sehr unterschiedlich und andererseits können die Installationskosten einen großen Teil der Gesamtkosten ausmachen. Ein HPC-Ladepunkt inklusive der Installationsarbeiten kostet demnach zwischen zirka 100´000 und 300´000 Euro.

Um Skaleneffekte zu erzeugen, bauen HPC-Anbieter meistens mehrere Ladestationen vom selben Hersteller an einen Standort. Wie es dazu kommt wird in Rahmen der nächsten Frage beantwortet.

Wie funktioniert HPC?

Um die Technologie zu verstehen, müssen zunächst die wichtigsten Bestandteile der Hardware von HPC-Säulen bekannt sein: High Power Charger sind mit einem Gleichstromrichter, einem Gleichrichter und einer Steuerung ausgestattet. Der Standort der Ladesäule braucht außerdem einen Stromtransformator oder, falls nur eine geringe Anschlusslast besteht, eine Pufferbatterie.

Der Netztransformator des Standorts ist an das Mittelspannungsnetz angeschlossen und wandelt die Mittelspannung in Niederspannung um. Die Gleichrichter sind am lokalen Niederspannungsnetz angeschlossen und erzeugen aus Wechselstrom Gleichstrom, mit dem Batterien aufgeladen werden können.

An Standorten, die nicht ans Mittelspannungsnetz, sondern ans Niederspannungsnetz angebunden sind, wird ein Pufferspeicher verwendet. Je nach Bedarf dämpft diese Batterie die Leistungsspitzen aus dem Netz oder stellt die volle Stromleistung zur Verfügung.

Die Steuerung wertet die erfassten Daten aus der Ladesäule aus und regelt die Kühlleistung entsprechend. Dies verhindert zuverlässig eine Überhitzung und erhöht gleichzeitig die Energieeffizienz.

An jedem Ladepunkt einer HPC-Ladestation soll im Idealfall immer die volle Leistung zur Verfügung stehen. Zwei Ladepunkte teilen sich einen Gleichrichter, weshalb die Ladeleistung auf die angeschlossenen Fahrzeuge aufgeteilt wird.

Warum lädt mein E-Auto nicht mit voller Leistung?

Die Elektronik der Ladeinfrastruktur passt sich der vom Fahrzeug benötigten maximalen Ladeleistung an und ist daher abwärtskompatibel. Wenn ein Fahrzeug beispielsweise nur eine maximale Ladeleistung von 100 kW erlaubt, wird die HPC-Ladestation den Akku mit maximal 100 kW Strom aufladen. Falls ein Elektroauto hingegen 200 kW aufnehmen kann, die Ladesäule aber nur 150 kW abgeben kann, dann lädt das E-Auto mit maximal 150 kW.

Die Anzahl kW sind für jeden HPC-Stationstyp und HPC-Anbieter unterschiedlich. Es ist auch möglich, dass eine Ladestation mit zwei Ladepunkten nicht die selbe Leistungselektronik für beide Ladepunkte aufweist. So kann die Ladestation während dem Ladevorgang beispielsweise am ersten Ladepunkt maximal 175 kW und am zweiten Ladepunkt bis zu 350 kW liefern.

Was sind die Unterschiede zwischen dem 400 & 800-Volt-Batteriesystem?

Das Hochspannungssystem und die Architektur der meisten heute erhältlichen Elektroautos basieren auf einer Spannung von ungefähr 400 Volt. Schnelle Sportwagen wie der Audi e-tron GT, BMW i4, Mercedes EQS, Hyundai Ioniq 5 und Porsche Taycan verdoppeln mit 800 Volt ihre Spannung. Dadurch wird die maximale Ladeleistung verdoppelt und die Ladezeit halbiert.

Im Normallfall können die ultraschnellen HPCs für beide Batteriesysteme eingesetzt werden. Die bereitgestellte Ladeleistung passt sich dann automatisch der maximal zulässigen Leistung des Fahrzeugs an. Um aus diesen 800-V-Systemen eine 400-V-Architektur zu erstellen, muss die HPC-Ladestation nur die Anzahl der seriellen Zellen reduziert und die Anzahl der parallelen Zellen erhöht werden.

Die Systemarchitektur ist ebenfalls der Grund dafür, dass die maximale Ladeleistung eines Fahrzeug mit einer Batteriespannung von maximal 400V auf 200 kW begrenzt ist. Wenn einem solchen Fahrzeug Strom mit einer höheren Spannung zugeführt werden würde, gibt es das Risiko, dass die Steckerkontakte und das Ladekabel überhitzen.

Die Technik des 800-Volt-Netz etabliert sich allmählich als zukünftiger Standard für Hochleistungs-Elektrofahrzeuge. Dies bedeutet aber auch, dass alle Komponenten des Frequenzumrichters die verdoppelte Spannung bewältigen können. Schließlich ist der neue Spannungspegel besonders relevant für die Leistungselektronik, genauer gesagt für die darin eingebauten Leistungshalbleiter

Die Leistungshalbleiter steuert den Stromfluss zwischen Batterie und Motor steuert. Folglich muss sie für die doppelte Spannung (800V anstelle 400V) ausgelegt sein. Entscheidende Kriterien sind die Leitungs- und Schaltverluste, die zulässigen Arbeitstemperaturen, die Schaltzeiten und nicht zuletzt die Sperrspannung.