Wie sich thermische Herausforderungen beim Megawattladen überwinden lassen

Im Schwerlast- und Langstreckengüterverkehr sind die Potenziale und Herausforderungen der Elektrifizierung besonders ausgeprägt. Ihr Einfluss auf das Klima ist erheblich: Schwerlastfahrzeuge (heavy-duty vehicles, HDV) verursachen allein in der Europäischen Union mehr als ein Viertel der Treibhausgasemissionen im Straßenverkehr und über 6 % der gesamten EU-Treibhausgasemissionen.¹ Vor dem Hintergrund internationaler Klimaziele und der dringenden Notwendigkeit zur Emissionsreduktion ist die Elektrifizierung des Straßenverkehrs entscheidend. Megawattladen gilt als zentrale Technologie, um diesen Wandel bis zum Ende des Jahrzehnts zu beschleunigen – insbesondere für Nutzfahrzeugklassen, die weder feste Strecken haben, noch im Depot über Nacht aufgeladen werden können (anders also als E-Busse oder leichte E-LKW im städtischen oder regionalen Verkehr).

Mit MCS: Ladezeiten auf Diesel-Niveau

Während Hochleistungs-Ladelösungen im Bereich von einigen hundert Kilowatt bereits kommerziell erhältlich sind, wird das Multi-Megawattladen für schwere Nutzfahrzeuge erst jetzt entwickelt und ausgerollt. Der Megawatt Charging Standard (MCS) Level 2 ist dabei auf bis zu 1,5 MW ausgelegt (1.500 A bei bis zu 1.000 V), wohingegen MCS Level 3 Ladeleistungen von bis zu 3 MW oder mehr mit Strömen bis zu 3.000 A ermöglichen soll.

Dies könnte einen zentralen Hemmschuh der Elektrifizierung beseitigen: Die Ladezeiten würden sich besser mit den gesetzlichen Lenk- und Pausenvorgaben decken. In der EU gilt: Nach 4,5 Stunden Fahrt ist eine Pause von 45 Minuten Pflicht. Ein 600-kWh-LKW benötigt heute mit CCS-Standard über 70 Minuten, um von 10 auf 80 % Ladezustand (SoC) zu laden. Mit MCS dagegen könnte derselbe Lkw in etwa 25 Minuten laden.² Das ermöglicht Laden während der ohnehin erforderlichen Ruhezeit  und ermöglicht größere Reichweiten, ohne Routen oder Fahrpläne zu beeinträchtigen.

Thermische Herausforderungen beim Megawattladen

Trotz dieses großen Potenzials ist der Übergang zu elektrischen Schwerlastfahrzeugen mit erheblichen regulatorischen, infrastrukturellen und technischen Barrieren verbunden.³ Besonders herausfordernd ist die beim Ladevorgang entstehende Wärme. Zu hohe Temperaturen können Kabel, Steckverbinder und andere Komponenten beschädigen und sogar Brandrisiken erzeugen. Vor allem aber verschleißen Batterien wesentlich schneller, wenn sie häufig unter thermischer Belastung geladen werden – mit negativen Folgen für Reichweite, Nutzungsdauer und den Wiederverkaufswert von E-Trucks.

Doch wie entsteht so viel Wärme? Jeder einzelne kleine Widerstandspunkt entlang des langen Leitungswegs vom Ladeanschluss bis zu den Batterien verursacht Energieverluste und Ineffizienzen. Da Megawatt-Lader jedoch 40- bis 100-mal mehr Strom liefern als gängige Wallboxen und Leistungsverluste quadratisch mit den Stroms zunehmen, erzeugen selbst minimale Widerstände große Hitze.

In einem kürzlich von Schaltbau veranstalteten Webinar wurde dieses Problem anhand eines typischen Industrie-Schützes mit 200 µOhm Kontaktwiderstand veranschaulicht. Beim CCS-Hochleistungsladen erzeugt ein solcher Schütz rund 50 W Wärmeverlust. In einem MCS-Szenario mit 1.500 A steigt dieser Wert auf 450 W. „Das ist unglaublich viel,” sagt Pavel Tomashev, Produktmanager bei Schaltbau. „Das entspricht ungefähr der Wärmeabgabe eines Bügeleisens oder Föhns auf mittlerer Stufe. Niemand möchte mehrere solcher ‚Bügeleisen‘ im Schaltschrank haben.”⁴

Technische Lösungen zur Bewältigung der thermischen Herausforderungen von MCS

Um die thermischen Herausforderungen des Megawattladens zu meistern, existieren derzeit vier wesentliche Lösungsansätze: (1) Flüssigkeitskühlung in stationären Ladestationen, (2) gekühlte Kabelbündel, die Kühlmittel durch die Leitungen führen, (3) optimierte Bauteile mit minimiertem Widerstand auch bei hohen Lasten, und (4) fortschrittliche Überwachungssysteme, die die Temperatur und weitere Parameter kontinuierlich messen und bei kritischen Werten automatisch abschalten.

Trotz des technischen Potenzials von Kühl- und Überwachungssystemen bleibt das betriebswirtschaftliche Problem bestehen: Sie können die Gesamtbetriebskosten für Betreiber von schweren E-Nutzfahrzeugen erhöhen – sei es durch Einschränkungen beim Ladevolumen oder, realistischer, durch höhere Investitionskosten.

Und auch die zusätzlichen Betriebskosten summieren sich schnell. Wenn der Ladestrom von 300 A auf 1.500 A verfünffacht wird, steigen die Leistungsverluste eines Schützes mit 200 µOhm Kontaktwiderstand quadratisch um den Faktor 25. Dadurch steigen die Energiekosten, die als Wärme verpuffen, von ungefähr 16 EUR auf etwa 362 EUR. Wird dies durch ein Kühlsystem kompensiert, fallen zusätzlich etwa 340 EUR an. Unterm Strich stehen somit etwa 700 EUR pro Jahr – nur durch Ineffizienzen am Schütz.

Die Wahl des richtigen Schützes für skalierbaren und zuverlässigen MCS-Einsatz

Bei MCS-Level 2 und 3 sorgen die enormen Stromstärken dafür, dass selbst kleinste Widerstandsverluste einen spürbaren Anteil der eigentlich für Batterie oder Antrieb bestimmten Energie in Wärme umwandeln. Daher ist es für Schütze entscheidend, den Widerstand so weit wie möglich zu minimieren. Schaltbau hat hierfür bereits eine neue Serie bidirektionaler Schütze für MCS-Level 2 und 3 entwickelt, die auf maximale Energieeffizienz und niedrige Gesamtbetriebskosten ausgelegt sind.

Die neuen Schütze für stationäre (C305 und C330) sowie mobile Anwendungen (C805 und C830) nutzen silberlegierte Kontaktpillen und erzielen einen branchenweit führenden Kontaktwiderstand von nur 40 µOhm. Damit liefern sie Höchstleistung bei minimaler Erwärmung. Konkret bedeutet das: Ein fünfmal niedrigerer Kontaktwiderstand (im Vergleich zu üblichen 200-µOhm-Schützen) führt auch zu fünfmal geringeren Betriebskosten.

Die Serie ist außerdem mit einem kompakten Open-Air-Isolationsdesign ausgestattet, das selbst unter extremen Bedingungen für zuverlässigen Schutz sorgt: Die permanentmagnetische Lichtbogenlöschung ohne Gaseinschluss schützt jederzeit vor Überhitzung und Überdruck. Selbst bei massiven Kurzschlussereignissen vermeiden die Schütze so Systemschäden und Ausfälle von Komponenten. Der C330 etwa widersteht einem Kurzzeitstrom von 15.000 A für fünf Millisekunden, ohne dass die Kontakte verschweißen – ein entscheidender Sicherheitsmaßstab für leistungsstarke Anwendungen.

Mit getrennten Kontaktsystemen für das Schließen und Öffnen bieten die Megawatt-Ladeschütze von Schaltbau außerdem einen besonders stabilen Langzeitkontaktwiderstand. Dank der kompakten Abmessungen lassen sich die Schütze problemlos in Megawatt-Ladestationen, Batteriespeicherlösungen, E-Mobility-Plattformen und weitere Hochleistungsanwendungen integrieren. Dank vollständiger Bidirektionalität sind sie zudem Vehicle-to-Grid (V2G)-fähig.

Mit den ersten MCS-konformen Schützen der Branche für 3.000 A bestätigt Schaltbau seine Vorreiterrolle bei Hochleistungs-Gleichstromlösungen, die die Elektrifizierung von Energieversorgung und Mobilität voranbringen.

Erfahren Sie hier mehr über unsere Lösungen für das Megawatt-Laden und wie wir Sie bei Ihren Elektrifizierungszielen unterstützen können.

Referenzen: 

1. Europäische Kommission, Reducing CO₂ emissions from heavy-duty vehicles, 2023.
2. Schaltbau Webinar, How to overcome thermal challenges in megawatt charging, Mai 2025. Eine ähnliche Berechnung findet sich bei Froese, Michelle, Megawatt charging brings sub-30-minute charging to heavy-duty EVs, in: EV Engineering + Infrastructure, 8. Juli 2025.
3. Ausführlichere Hintergründe zu den regulatorischen und infrastrukturellen Herausforderungen bietet der Schaltbau-Blogartikel, Vom Verbrenner zum (Gleich-)Stromer: Megawattladen als Schlüssel zur Nutzfahrzeug-Elektrifizierung, 28. Mai 2025.
4. Schaltbau Webinar, How to overcome thermal challenges in megawatt charging, Mai 2025.