Elektromobilität Elektroautos brauchen einheitliche Ladesysteme

Autor / Redakteur: Stefan Grimm * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Das mit Kraftstoff betriebene Automobil wird schon bald an Bedeutung verlieren – nach 125 Jahren Automobiltradition kommt das Elektrofahrzeug. Doch bis es eines Tages eine breite Akzeptanz findet, wird ein einheitliches und innovatives Ladesystem benötigt – wie das kombinierte AC-/DC-Ladesystem von Phoenix Contact.

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Laut Bundesregierung sollen bis 2020 rund 1 Mio. Elektrofahrzeuge auf deutschen Straßen fahren. Doch die wenigen Modelle, die es schon zu kaufen gibt, sind teuer. Ihre Reichweite ist gering, der Ladevorgang dauert lange, und eine flächendeckende Ladeinfrastruktur muss erst noch entstehen.

Der Endanwender erwartet einheitliche Ladesysteme

Bei den Infrastruktur-Komponenten haben alle Beteiligten – ihnen voran die Automobilindustrie und die Energieversorger – oft unterschiedliche Interessen. So ist die Form des Steckgesichts beim Ladestecker-System bisher nicht eindeutig definiert. Dem Endanwender ist kaum zuzumuten, dass jeder Fahrzeughersteller seinen eigenen Stecker für eine eigene Ladesäule entwickelt und die Fahrzeuge damit ausstattet. Dann wären Fahrten über weite Strecken oder in ein anderes Land kaum möglich. Dass gemeinsame Standards möglich sind, haben die Hersteller von Mobiltelefonen in 2011 bewiesen, als Ladeschnittstellen und Kabel vereinheitlicht wurden.

Laden mit Gleich- oder mit Wechselspannung

Gemeinsam mit den führenden deutschen Automobilherstellern treibt Phoenix Contact derzeit die Standardisierung der Ladeschnittstelle voran. Diese besteht auf der Fahrzeugseite aus der Ladebuchse (Inlet) und dem Ladestecker (Connector). Auf der Seite der Ladesäule gibt es ebenfalls eine Ladebuchse (Socket) sowie einen Ladestecker (Plug).

Kurze Ladezeiten erfordern hohe Ladeströme

Bei der von der Automobilindustrie angestrebten Ladezeit von rund 15 Minuten treten mit Gleichstrom (DC-Laden) Ströme bis 200 A auf. Diese Lademethode eignet sich für längere Fahrten – etwa an Raststätten. Allerdings wird durch die hohe Leistung die Batterie stark beansprucht, was ihre Lebensdauer drastisch reduziert.

Einfache Infrastruktur beim Laden mit Wechselstrom

Der Vorteil von Wechselstrom (AC-Laden) ist die einfache Lade-Infrastruktur. Bei dieser Methode kann auf das Niederspannungsnetz mit 230 V zurückgegriffen werden, das in jedem Haushalt existiert. Die beiden Nachteile sind hier zum einen die lange Ladedauer von bis zu acht Stunden sowie das hohe Gewicht und der hohe Platzbedarf des Gleichrichters im Fahrzeug.

Vier verschiedene Lademodi mit unterschiedlichen Leistungen

Teil 1 der Norm IEC 62196 beschreibt die Anforderungen an die Stecker und Buchsen am Fahrzeug und an der Ladevorrichtung beim konduktiven Laden von Elektrofahrzeugen. Vier Lademodi beschreiben dabei die Leistungen und die dazugehörigen Schutzmaßnahmen für Fahrzeug und Lade-Infrastruktur:

  • Im Modus 1 wird das Fahrzeug am Hausnetz ohne weitere Schutzmaßnahmen geladen. Beim Laden im einphasigen Netz dürfen Spannungen bis 250 V, im dreiphasigen Netz bis 480 V anliegen. Der Strom ist auf 16 A begrenzt.
  • Auch im Modus 2 wird mit Spannungen wie im Modus 1 am Hausnetz geladen. Allerdings sind hier FI-Schutzschalter vorgeschrieben, da Ströme bis 32 A auftreten. Zusätzlich findet eine einfache Kommunikation durch eine In-Cable-Box statt, die den Ladestrom steuert und den Fehlerstrom überwacht.
  • Modus 3 regelt das Schnellladen mit Wechselstrom. Durch die hohe Leistung bis 250 A muss über eine Ladesäule oder Wall-Box geladen werden. Die physischen Parameter wie Leitungs- und Pin-Durchmesser sind im Standard IEC 60309 definiert. Während des Ladevorgangs findet eine Kommunikation über die beiden Steuerkontakte CP und PP zwischen Lade-Infrastruktur und Fahrzeug statt.
  • Im Modus 4 ist das Laden mit Gleichstrom definiert – Ströme bis 400 A sind erlaubt. Wie in Modus 3 ist hier eine Ladesäule oder Wallbox erforderlich. Während des Ladevorgangs erfolgt eine komplexe Kommunikation über die Steuerkontakte. Ebenso sind Schutzmaßnahmen gegen das vorzeitige Herausziehen unter Last – das so genannte „Hot-Disconnect“ – Voraussetzung.

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