Wie Sie den besten Steckverbinder für das Elektroauto finden

Autor / Redakteur: Albert Culetto * / Kristin Rinortner

Bei Steckverbindern für Elektrofahrzeuge können Entwickler aus einer Fülle an applikationsspezifischen Lösungen wählen. Der Beitrag skizziert einige der wichtigsten Lösungen.

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Ladesteckverbinder im 
Automobil: Der Entwickler hat ob des zahlreichen Angebots oft die Qual der Wahl. Im Bild sind die Varianten der Serie Powerlock von Amphenol zu sehen.
Ladesteckverbinder im 
Automobil: Der Entwickler hat ob des zahlreichen Angebots oft die Qual der Wahl. Im Bild sind die Varianten der Serie Powerlock von Amphenol zu sehen.
(Bild: Amphenol)

Die größten Innovationstreiber für Steckverbinder sind aktuell das öffentliche Transportwesen und die Landwirtschaft. Alle großen Hersteller arbeiten an Lösungen, die die spezifischen Anforderungen von vielen Applikationen optimal beantworten.

Vor allem die Ansprüche hinsichtlich Sicherheit und Funktionalität unterscheiden sich je nach Einsatzort und Anwendung. Einmal geht es um einen besonders kleinen Bauraum und geringes Gewicht, ein anderes Mal um höchste Leistung und große Widerstandsfähigkeit. Die Folge: Die Portfolios an modifizierten Steckverbindern mit einem guten Kosten/Nutzen-Verhältnis wachsen stetig an. Dass sich noch keine Standards durchgesetzt haben, macht den Markt noch unübersichtlicher.

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Voll-elektrische Fahrzeuge erfordern eine Vielzahl an Steckverbindungen, denn alle Module benötigen sie. Einzelne Lithium-Ionen-Module werden als Batteriespeicher zusammengeschlossen, verschiedene Antriebssysteme, Wandler, Zusatzmodule sowie Lade- und Überwachungseinheiten gilt es funktionsgerecht zu kombinieren und anzuschließen.

Zu den bestehenden Automotive-Anforderungen wie Kontaktsicherheit (Contact Position Assurance (CPA) / Terminal Position Assurance (TPA)) und Sekundarverriegelung kommen die elektrischen Sicherheitsmerkmale. Dazu gehören die Fingersicherheit und das frühzeitige Abschalten bevor ein gefährlicher Zustand entstehen kann, etwa durch eine elektrische Sicherheitskontakt-Schleife (High Voltage Interlok (HVIL)).

Sicherheitsfunktionen setzen jedoch mehr oder bessere Werkstoffe voraus – und das bedeutet Kosten, sowohl für das Material als auch in der Entwicklung. Um hier das ideale Gleichgewicht zu finden, sind Fragen zu beantworten wie: Welche Stromstärke muss übertragen werden? Welche Verriegelung ist notwendig? Muss in einem Servicefall an einem Modul gearbeitet werden können? Wie sicher ist eine Verwechselung mehrerer Module auszuschließen?

Kostenoptimierung ist ein wichtiger Faktor

Die Antworten entscheiden darüber, ob ein Steckverbinder im einstelligen oder dreistelligen Euro-Bereich in der Kalkulation zu berücksichtigen ist. Besonders drastisch ist der Unterschied, wenn die eigentliche Elektronik, um die es sich handelt, selbst nur wenige Euro kostet.

Dieses Argument ist mitunter ein Grund, warum sich Elektroautos heute noch nicht auf dem Preisniveau eines Benziners/Diesels bewegen (ausgenommen des Akkupacks). So ist die Kostenoptimierung einer der wichtigsten Faktoren, der die Vielfalt der Steckerprodukte schier ins Unendliche wachsen lässt.

Wichtige Steckverbinder für Elektrofahrzeuge

Eine besonders interessante Produktpalette für Elektrofahrzeuge führt Amphenol: Die meisten Steckverbinder haben RADSOK-Kontakte, die eine Kontaktüberdeckung von bis zu 65% der Kontaktfläche gewährleistet.

Für viele weitere Merkmale stehen mehrere Varianten zur Auswahl, damit ist für jede Applikation das Passende dabei. So umfasst die EMV-Schirmung nur den einzelnen Kontakt oder nur, bzw. zusätzlich, den gesamten Steckverbinder.

Der verfügbare IP-Schutz reicht bis zu IP6K9K in gestecktem Zustand. Hinzu kommen bei Bedarf Interlock, Sekundarverriegelung, Keying und Farbvariationen. Auch die Polzahl passt sich der Applikation an: Die Serie Powerlok gibt es von ein- bis vierpolig, sowohl in Metall als auch Plastik in verschiedenen Kodierungen und Farben.

Kontaktdurchmesser von 2,8 bis 14 mm lassen Stromstärken bis zu 650 A zu, die in einer Distribution Box, in der Motor Control Unit und bei den Antrieben direkt auftreten können. Die Distribution Box lässt sich mit Hilfe der Serie MSD (Manual Service Disconnect) für bis 630 A elektrisch absichern.

Das HVHC-Steckverbindungssystem (High Voltage/High Current) Imperium von Molex hält einer größeren Anzahl von schweren Stößen und Vibrationen stand als jedes andere verfügbare Produkt. Die Steckverbinder sind aktuell in Durchmessern von 8 und 11 mm erhältlich. Neue Konfigurationen sind in der Entwicklung – sie werden zeigen, wie Imperium-Steckverbinder neu aufgesetzt werden können, um Kundenanforderungen zu erfüllen.

Weltweite Standards für Ladesteckverbinder

Das bekannteste Thema für Elektroautos ist der Ladesteckverbinder. Europa, USA und Asien setzen nach wie vor auf unterschiedliche Steck- und Bussysteme. In Europa favorisiert man vor allem den Typ2-Stecker (IEC 62196-2 und IEC 62196-3) und auch das Vorzeige-Elektroauto schlechthin – der Tesla – wird über diesen Steckertyp geladen.

Dieser Ladesteckverbinder ist auch als Mennekes bekannt, benannt nach dem Hersteller, der diesen Steckertyp zusammen mit RWE und Daimler zuerst auf den Markt gebracht hat. Rutronik deckt diesen Bereich mit der HVCO-Serie von Amphenol ab.

In Asien, wo weltweit die meisten Elektroautomobile zu finden sind, wird überwiegend der CHAdeMO-Standard verwendet. Dieser ist bereits für das bidirektionale Laden ausgelegt.

Der Hersteller JAE bietet mit den Serien KW01 und KW02 entsprechende Modelle, letzteres ist kompatibel zu V2H (Vehicle to Home). Damit lässt sich nicht nur das Auto aufladen, sondern die Batterie im Elektrofahrzeug auch als Energiespeicher fürs Zuhause nutzen. Beide Serien sind als komplette Kabelkonfektionen erhältlich.

Unser Fazit: Wie auch immer die Entwicklung der Elektroautos verlaufen wird – durch die Verbindungstechnologien wird sie nicht ausgebremst. Vielmehr sind diese mit einer großen Zahl an Lösungen zu wettbewerbsfähigen Preisen weltweit bereits weit vorangeschritten.

Übersicht zu den aktuellen Ladesteckverbindern

Wechselstrom-Stecksysteme: Beim Laden mit Wechselstrom muss dieser durch Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt werden, entweder innerhalb des Elektroautos oder in der Ladestation.

Der Typ-1-Stecker ist vor allem für das in Nordamerika genutzte 120/240-V-Einphasen-Dreileiternetz ausgelegt. Die maximale Ladeleistung beträgt nur 7,2 kW. Typ-1-Stecker werden vor allem in asiatischen und amerikanischen Fahrzeugen verbaut.

Der auch als „Mennekes-Stecker“ bekannte Typ-2-Stecker wurde mit einer EU-Verordnung von 2014 zum Standard-Ladesteckvbinder in der EU deklariert. Er ist für ein- und dreiphasige Netze geeignet und erreicht Ladeleistungen von maximal 43 kW. Audi, BMW, Daimler, Smart, Renault, VW, Volvo und nicht zuletzt Tesla setzen auf dieses System. Die Stecker an Teslas Superchargern sind eine gleichstromfähige Version des Typ-2-Steckers und ermöglichen Ladeleistungen von bis zu 120 kW.

Gleichstrom-Stecksysteme: Da hier keine Umwandlung nötig ist, lassen sich höhere Ladegeschwindigkeiten und geringere Materialkosten (durch entfallende Gleichrichter) erreichen.

Bei CCS-Steckern (Combined Charging System) handelt es sich um Typ-1- bzw. Typ-2-Stecker, die zusätzlich über zwei Pole für wesentlich schnellere Gleichstrom-Ladungen verfügen. Theoretisch können damit Ladeleistungen bis zu 170 kW erreicht werden, in der Praxis liegen sie derzeit allerdings nur bei 50 kW.

CHAdeMo-Stecker (Charge de Move) ermöglichen theoretische Ladeleistungen bis zu 100 kW. Die Besonderheit dieses Typs ist, dass er für bidirektionales Laden ausgelegt ist. Verbreitet ist der CHAdeMO-Standard fast ausschließlich in Japan, er wird in nahezu allen japanischen Fahrzeugen sowie bei Citroen und Peugeot verbaut. Fachleute erwarten jedoch, dass dieser Standard früher oder später verdrängt wird.

* Albert Culetto arbeitet im technischen Support „Connectors and Cables“ bei Rutronik in Ispringen.

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