Einer für alles

Spezial

Ladestecker – Elektrofahrzeuge benötigen passende Stromtankstellen. Neuartige Ladestecker eignen sich dabei gleichermaßen für Ladevorgänge mit Gleichstrom wie mit Wechselstrom.

16. Februar 2012

Der wohl wichtigste Technik-Trend der kommenden Jahrzehnte ist der Umbau der Antriebstechnik für den Individualverkehr weg vom Verbrennungsmotor hin zu elektrischen Antrieben. In einigen Ländern hat die Politik deshalb bereits Zielvorgaben definiert.

So erwartet die Bundesregierung für 2020 ein Fahrzeugvolumen von einer Million Elektroautos – damit soll Deutschland Leitmarkt und Leitanbieter für Elektromobilität werden.Die Konstruktion von Automobilen muss sich deshalb in Zukunft neu ausrichten: So benötigen die E-Mobile anstelle eines großen Motors mit kleinem Tank künftig kleine Motoren mit einem großem Speicher.

Nicht weniger drastisch fallen die Modifikationen auch bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellen- oder Hybridantrieben aus: Hier gelangen in Zukunft neben drehmomentstarken Elektromotoren auch Leistungselektronik-Komponenten ins Automobil, die dort bisher unbekannt waren, wie etwa Wechselrichter, Motorsteuerungen oder Batterie-Management-Systeme.

Zudem verändert sich das elektrische Bordnetz: Wo bisher mit Spannungen im Bereich von 12 bis 24 Volt gearbeitet wurde, sind heute Primär-Ladespannungen von 850 Volt in der Diskussion. Bei Ladeströmen bis zu 250 Ampere müssen daneben auch die Leiterquerschnitte in den Fahrzeugen neu dimensioniert werden. Weitreichende Konsequenzen hat dies für die Steckverbindungen im Fahrzeug: Wo zuvor hauptsächlich Daten und Signale über kleine Standardstecker durch das Bordnetz geschickt wurden, werden jetzt Hochleistungssteckverbindungen langzeitstabil in das Fahrzeug implementiert.

Unterschiedliche Standards

Völlig neu in der Welt der Automobile ist zudem die Schnittstelle zwischen dem Fahrzeug und den künftigen Stromtankstellen, deren Normen derzeit international definiert werden. Dennoch ist nicht zu erwarten, dass sich international einheitliche Ladestecker durchsetzen werden.

So sind einerseits die technischen Rahmenbedingungen regional zu unterschiedlich, wie zum Beispiel das einphasige Stromnetz in den USA im Gegensatz zu dreiphasigen Netzen in Europa. Andererseits resultieren aus den elektrotechnischen Basisnormen der jeweiligen Länder unterschiedliche Anforderungen.

Darüber hinaus spielen auch wirtschaftliche Interessen eine Rolle, die teilweise die technisch optimale Lösung verhindern. Grundsätzlich zu unterscheiden sind dabei die Ladevorgänge mit Wechselstrom (AC) oder mit Gleichstrom (DC). So lassen sich beim Laden mit Wechselstrom abhängig vom jeweiligen Standard oder Normstecker Maximalströme bis 63 Ampere erreichen.

Dies gilt für den Typ-2-Ladestecker nach IEC 62196. Die Maximalspannung dieses Systems liegt bei 480 Volt. Je nach übertragbarer elektrischer Leistung dauert eine vollständige AC-Batterieladung circa acht Stunden. Wechselstrom-Laden eignet sich damit hauptsächlich für den »Hausgebrauch«, etwa über Nacht in der Garage.

Erheblich kürzer sind die Ladezeiten beim DC-Laden aufgrund der viel höheren Leistungsdaten. In den unterschiedlichen Normkonzepten sind hier Maximalwerte von 250 Ampere (DC GB Standard Part 3, China) und 850 Volt (Combo 2 nach IEC 62196-3) ausgewiesen.

Gleichstrom ermöglicht somit eine Schnellladung in etwa zehn Minuten. Allerdings muss dabei genau auf die Schnellladefähigkeit der Batterie-Pakete geachtet werden, da der Energiespeicher bei schlechtem Lade-Management durch Überhitzung zerstört werden kann.

Kombinierte Lösung

Der weltweit tätige Interface- und Verbindungstechnikspezialist Phoenix Contact entwickelt deshalb gemeinsam mit Automobilherstellern und Energieanbietern nicht nur die passenden Ladestecker und Ladebuchsen, sondern auch weitere Infrastrukturkomponenten, darunter Steuerungen, Stromversorgungen, Überspannungsschutzgeräte sowie elektrische Verbindungstechnik.

Primär für das japanische und amerikanische Stromnetz (einphasig) entwickelt der Lösungsanbieter für Elektromobilität den Typ-1-Ladestecker nach SAE J1772, während der Typ-2-Ladestecker nach IEC 62196 speziell für das dreiphasige Netz in Europa ausgelegt ist.

China hat mit dem GB-Standard eine eigene Version des AC-Ladesteckers definiert, die dem europäischen Typ2 ähnelt. Bei der Auslegung dieser GB-Norm haben die Ostwestfalen frühzeitig mitgewirkt und sind heute bereits mit über 6.000 Sockets in Ladesäulen des chinesischen Herstellers Nari vertreten.

Neben dem chinesischen DC-Ladestecker nach GB-Standard und dem japanischen Chademo-Connector erlaubt der neueste Normentwurf den Einsatz der AC-Typ-1- und AC-Typ-2-Ladestecker auch zum DC-Laden. Die Hauptziele bei der Entwicklung der Ladestecker sind die Sicherheit und Ergonomie, damit auch elektrotechnische Laien den Ladevorgang bequem und gefahrlos durchführen können.

Gemeinsam mit der internationalen Automobilindustrie hat Phoenix Contact deshalb die Entwicklung

des sogenannten Combined Charging Systems nach IEC 62196-3 vorangetrieben. Der Hauptvorteil dieses Systems liegt in der besonderen Geometrie und Auslegung der Ladebuchse am Fahrzeug: In dieses sogenannte Inlet integriert ist hier sowohl ein Anschluss für den AC-Connector als auch für den DC-Schnellladestecker, der ein schnelles Laden mit bis zu 200 Ampere ermöglicht.

Die Automobilhersteller können ihren Kunden so mit einer einzigen Baugruppe ein universelles Ladesystem anbieten, über das die Batterie sowohl mit AC wie auch mit DC geladen werden kann. Der Fahrer hat damit nur noch eine Schnittstelle, an die er beide Ladestecker anschließen kann. So kann er unterwegs auf der Autobahn mit Gleichstrom laden und nachts in der Garage mit Wechselstrom.

-Das Combined Charging System des ostwestfälischen Anschlusstechnikspezialisten Phoenix Contact bietet eine kombinierte Lösung für den Ladevorgang bei Elektrofahrzeugen mit Gleichstrom oder Wechselstrom gemäß IEC62196.

-Autofahrer bekommen damit eine einheitliche Schnittstelle für die Schnellladung mit Gleichstrom sowie für die schonende Übernacht-Ladung mit Wechselstrom.

-Neben Ladesteckern und Ladebuchsen bietet Phoenix Contact auch weitere Infrastrukturkomponenten, darunter Steuerungen, Stromversorgungen, Überspannungsschutzgeräte sowie elektrische Verbindungstechnik.

Erschienen in Ausgabe: 01/2012