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Stecker- und Kabeltypen bei Elektrofahrzeugen

Erstellt am: 28.02.2014 | Stand des Wissens: 20.10.2021
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IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.

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 Ladeverfahren gilt die IEC 61851-1, in der die vier folgenden verschiedenen Ladebetriebsarten definiert werden [DIN19]. Für die Neuerrichtung von Ladepunkten werden jedoch durch den Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. lediglich Modi 3 und 4 empfohlen, vgl. [BDEW20a].
  • Modus 1: In der IEC 61851-1 beschreibt Modus 1 ein AC-Ladeverfahren mit einer Stromstärke von bis zu 16 A und einer (Nieder-)Spannung von bis zu 250 V (einphasig) oder 480 V (dreiphasig). Eine Möglichkeit zur Rückspeisung ist nicht vorgesehen und auch auf ggf. notwendige Kommunikation zwischen Ladesäule und Fahrzeug wird in der Norm nicht eingegangen.
  • Modus 2: Dieses AC-Ladeverfahren sieht eine Stromstärke von bis zu 32 A sowie ebenfalls einer Spannung von bis zu 250 V (einphasig) oder 480 V (dreiphasig) vor. Rückspeise- und Kommunikationsmöglichkeiten sind ebenfalls nicht Teil dieses Modi.
  • Modus 3: Modus 3 ist ebenfalls ein Ladeverfahren für Wechselstrom mit Niederspannung von bis zu 250 V (bzw. 480 V), allerdings mit einer Stromstärke von bis zu 63 A. Modus 3 sieht eine durchgehende bidirektionale Kommunikation vor. Auch die Möglichkeit einer Rückspeisung wird definiert.
  • Modus 4: Gleichstrom-Ladeverfahren mit Strom-, bzw. 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 möglich, auf bestehende Standards zurückzugreifen. So kann der Energiefluss für einphasige AC-Ladeverfahren (AC 1) z. B. über die im privaten Bereich verbreitete sog. "SchuKo"-Steckdose hergestellt werden. Auch für dreiphasige Steckverbindungen existieren verschiedene Standards (z. B. sog. CEE-Steckverbindungen), die insbesondere im gewerblichen Bereich zur Anwendung kommen.
Weiterhin existieren 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 DIN-Norm 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 (vgl. 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 max. 250 V sowie max. 32 A begrenzt. In Europa wird er nicht mehr unterstützt, jedoch befindet er sich noch in Japan und Nordamerika in Nutzung [FFE20].
  • Typ 2: Der Typ 2-Stecker ist für ein- und dreiphasige AC- sowie für DC-Ladeverfahren bei einer Spannung von max. 480 V und einem Strom von max. 63 A bei AC (dreiphasig) und 70 A bei DC geeignet.
  • Typ 3: Der Typ 3-Stecker ist mit einer Spannung von 400 V und einem Strom von max. 32 A (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" der sog. "Combo-Stecker" beschrieben, der entweder auf dem Typ 2- oder dem Typ 3-Stecker aufbaut und DC-Leistungen bis über 100 kW 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].
Ladetypen.jpgAbb. 1: Eigenschaften von Ladetypen nach dem Verband der Automobilingenieure und Ladestufen nach der Internationalen Elektrotechnischen Kommission [FFE20] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)
Es ist anzumerken, dass neben den hier genannten Stecker-Standards weitere (ggf. proprietäre) Standards existieren. Beispielsweise wird im DC-Ladeverfahren "CHAdeMO" ein Stecker verwendet, der mit dem Combo-Stecker vergleichbare Parameter aufweist, jedoch mit den Steckern nach IEC 62196 nicht kompatibel ist, vgl. [NOW14, S. 12 ff.; Muel14, S.19 ff.]. Dieses Schnellladesystem hat seinen Ursprung in Japan und ist in Deutschland nur in älteren Modellen der Marken Nissan, Lexus und Mitsubishi zu finden. Gleichzeitig wird dieser Ladestandard immer seltener von europäischen Ladestationen bedient [EnBW20].
Steckertypen.jpgAbb. 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.].
Disclaimer: Dieser Synthesebericht stammt zu Teilen aus der Dissertation "Bereitstellung öffentlicher Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge - Eine ökonomische Analyse" von Justus Reinke, die am Fachgebiet für Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik (WIP) der TU Berlin von Prof. Thorsten Beckers betreut wurde.
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Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Grundlagen der Elektromobilität (Stand des Wissens: 20.10.2021)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?426933
Literatur
[BDEW20a] Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V. (Hrsg.) Der Technische Leitfaden Ladeinfrastruktur Elektromobilität, 2020/01
[DIN15] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (Hrsg.) DIN EN 62196-1; VDE 0623-5-1:2015-06
Stecker, Steckdosen, Fahrzeugkupplungen und Fahrzeugstecker - Konduktives Laden von Elektrofahrzeugen - Teil 1, 2015/06
[DIN15a] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (Hrsg.) OEVE/OENORM EN 62196-3
Stecker, Steckdosen und Fahrzeugsteckvorrichtungen - Konduktives Laden von Elektrofahrzeugen - Teil 3, 2015/06
[DIN17] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (Hrsg.) DIN EN 62196-2; VDE 0623-5-2:2017-11
Stecker, Steckdosen, Fahrzeugkupplungen und Fahrzeugstecker - Konduktives Laden von Elektrofahrzeugen - Teil 2, 2017/11
[DIN19] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (Hrsg.) Konduktive Ladesysteme für Elektrofahrzeuge - Teil 1: Allgemeine Anforderungen (IEC 61851-1:2017); Deutsche Fassung EN IEC 61851-1:2019, 2019/12
[EnBW20] EnBW Energie Baden-Württemberg AG 2021 (Hrsg.) Welche Steckertypen gibt es?, 2020/08
[FFE20] Forschungsstelle für Energiewirtschaft e. V. (Hrsg.) Beitragsreihe Elektromobilität: Steckertypen, 2020/08
[Muel14] Marc Mueltin Das Elektrofahrzeug als flexibler Verbraucher und Energiespeicher im Smart Home , 2014
[NOW14] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur, NOW GmbH Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (Hrsg.) Öffentliche Ladeinfrastruktur für Städte, Kommunen und Versorger, 2014/02
[NPE17] Nationale Plattform Elektromobilität (Hrsg.) Die Deutsche Normungs-Roadmap Elektromobilität 2020, AG 4: Normung, Standardisierung und Zertifizierung, 2017/04
[Rein14] Justus Reinke Bereitstellung öffentlicher Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge - Eine ökonomische Analyse, 2014
[SPON10c] Japaner wollen USB für E-Autos etablieren, 2010/03/15
Glossar
kW = Kilo Watt. Die SI-Einheit der Leistung. Als Einheitenzeichen wird der Großbuchstabe W verwendet. Die Einheit ist benannt nach James Watt.
DC
Gleichstrom (englisch: Direct Current)
AC
Wechselstrom

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?426654

Gedruckt am Dienstag, 30. November 2021 10:23:38