Stecker- und Kabeltypen für (batteriebetriebene) Elektrofahrzeuge
Erstellt am: 28.02.2014 | Stand des Wissens: 01.12.2023
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Ein wesentlicher Faktor für die erfolgreiche Serieneinführung von Elektrofahrzeugen ist ein geeigneter Ladestecker zum Laden der Batterie. Dieser muss einfach und vor allem sicher zu bedienen sein. Die Ladestecker müssen weltweit problemlos funktionieren - und das trotz national unterschiedlicher Stromversorgungssysteme und Anforderungen an Stecker und Steckdosen.
Als grundlegende Norm für konduktive, also leitungsgebundene, Ladeverfahren gilt der Standard IEC (International Electrotechnical Commission) 61851-1, in der die vier folgenden verschiedenen Ladebetriebsarten definiert werden [DIN19]. Für die Neuerrichtung von Ladepunkten werden durch den Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. lediglich Modi 3 und 4 empfohlen [BDEW20a].
- Modus 1: In der IEC 61851-1 beschreibt Modus 1 ein Wechselstrom-Ladeverfahren (AC) mit einer Stromstärke von bis zu 16 Ampere und einer (Nieder-)Spannung von bis zu 250 Volt (einphasig) oder 480 Volt (dreiphasig). Eine Möglichkeit zur Rückspeisung ist nicht vorgesehen und auch auf gegebenenfalls notwendige Kommunikation zwischen Ladesäule und Fahrzeug wird in der Norm nicht eingegangen.
- Modus 2: Dieses Wechselstrom-Ladeverfahren (AC) sieht eine Stromstärke von bis zu 32 Ampere sowie einer Spannung von bis zu 250 Volt (einphasig) oder 480 Volt (dreiphasig) vor. Rückspeise- und Kommunikationsmöglichkeiten sind ebenfalls nicht Teil dieses Modi.
- Modus 3: Modus 3 ist ein Ladeverfahren für Wechselstrom mit Niederspannung von bis zu 250 Volt (beziehungsweise 480 Volt), allerdings mit einer Stromstärke von bis zu 63 Ampere. Modus 3 sieht eine durchgehende bidirektionale Kommunikation vor. Auch die Möglichkeit einer Rückspeisung wird definiert.
- Modus 4: Gleichstrom-Ladeverfahren (DC) mit Strom- beziehungsweise Gleichrichter in der Ladeeinheit werden in Modus 4 definiert. Kommunikation und Rückspeisung sind wie im Modus 3 vorgesehen.
Zunächst ist es insbesondere bei Wechselstrom-Ladeverfahren (AC) möglich, auf bestehende Standards zurückzugreifen. So kann der Energiefluss für einphasige Wechselstrom-Ladeverfahren (AC) zum Beispiel über die im privaten Bereich verbreitete sogenannte Schutzkontakt (SchuKo)-Steckdose hergestellt werden. Auch für dreiphasige Steckverbindungen bestehen verschiedene Standards (zum Beispiel sogenannte CEE-Steckverbindungen), die insbesondere im gewerblichen Bereich zur Anwendung kommen.
Weiterhin gelten für das Laden von Elektrofahrzeugen eine Reihe systemspezifischer Standards, die sich insbesondere hinsichtlich ihrer Eignung für unterschiedliche Ladeverfahren unterscheiden. Eine grundlegende Norm in diesem Bereich ist die IEC 62196, welche in Deutschland als Industrienorm DIN EN 62196 gültig ist. Im Normenteil IEC 62196-2 und IEC 62196-3 werden drei verschiedene (inkompatible) Steckertypen sowie ein darauf aufbauender Combo-Stecker beschrieben (Abbildung 1 und 2) [DIN15; DIN17; DIN15a]:
- Typ 1: Der Typ 1-Stecker eignet sich (ausschließlich) für einphasige Ladeverfahren und ist in Spannung und Strom auf maximal 250 Volt sowie maximal 32 Ampere begrenzt. In Europa wird er nicht mehr unterstützt, jedoch wird er noch in Japan und Nordamerika genutzt [FFE20].
- Typ 2: Der Typ 2-Stecker ist für ein- und dreiphasige AC- sowie für DC-Ladeverfahren bei einer Spannung von maximal 480 Volt und einem Strom von maximal 63 Ampere bei AC (dreiphasig) und 70 Ampere bei DC geeignet.
- Typ 3: Der Typ 3-Stecker ist mit einer Spannung von 400 Volt und einem Strom von maximal 32 Ampere (dreiphasig) ebenfalls für ein- und dreiphasige AC-Ladeverfahren geeignet.
- Combo-Stecker: Zusätzlich zu diesen drei Steckertypen ist in dem Normenteil 62196-3 für das DC- Ladeverfahren "Combined Charging System (CCS)" der sogenannte "Combo-Stecker" beschrieben, der entweder auf dem Typ 2- oder dem Typ 3-Stecker aufbaut und DC-Leistungen bis über 100 Kilowatt ermöglicht.
In Europa sind durch die Richtlinie über den Aufbau der Infrastruktur für alternative Kraftstoffe und auf nationaler Ebene durch die Ladesäulenverordnung der Typ 2-Stecker für das AC-Laden und der Combo-Stecker als Teil des CCS-Systems für das DC-Laden als verpflichtende Mindeststandards für öffentlich zugängliche Ladepunkte festgelegt worden. In Europa haben sich daher CSS-Anschlüsse als De-facto-Standard durchgesetzt [EnBW20].
Abb. 1: Eigenschaften von Ladetypen nach dem Verband der Automobilingenieure und Ladestufen nach der Internationalen Elektrotechnischen Kommission [FFE20] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)
Abb. 2: Eigenschaften der verschiedenen Steckertypen [FFE20]Im Bereich induktiver Ladeverfahren werden aktuell noch grundlegende technische Rahmenbedingungen sowie Standardisierungsvorschläge (im Rahmen der IEC 61980-1) erarbeitet und in zahlreichen Forschungsprojekten erprobt [NPE17 S. 32ff.]. So wurden beispielsweise im Forschungsprojekt "LaneCharge" induktive Ladeverfahren erprobt und getestet.
