Ladeanschlüsse für Elektrofahrzeuge gibt es in vielen Formen und Größen

Oct 20, 2023

Elektrofahrzeuge sind mittlerweile auf unseren Straßen alltäglich und weltweit wird Ladeinfrastruktur aufgebaut, um sie bedienen zu können. Es ist das elektrische Äquivalent der Tankstelle, und schon bald werden sie überall sein.

Es wirft jedoch ein interessantes Problem auf. Zapfsäulen füllen einfach eine Flüssigkeit in ein Loch und sind seit geraumer Zeit weitgehend standardisiert. Das ist in der Welt der Ladegeräte für Elektrofahrzeuge nicht ganz der Fall, also tauchen wir ein und werfen einen Blick auf den aktuellen Stand der Dinge.

Seitdem die Elektrofahrzeugtechnologie im letzten Jahrzehnt immer mehr zum Mainstream geworden ist, hat sie eine rasante Entwicklung durchgemacht. Da die Reichweite der meisten Elektrofahrzeuge immer noch etwas begrenzt ist, haben Autohersteller im Laufe der Jahre immer schneller aufladbare Fahrzeuge entwickelt, um die Praktikabilität zu verbessern. Dies ist auf Verbesserungen an Batterien, Controller-Hardware und Software zurückzuführen. Die Ladetechnologie hat sich so weit entwickelt, dass die neuesten Elektrofahrzeuge nun in weniger als 20 Minuten eine Reichweite von Hunderten von Kilometern erreichen können.

Das Laden von Elektrofahrzeugen in diesem Tempo erfordert jedoch enorme Energiemengen. Daher haben Automobilhersteller und Industriegruppen daran gearbeitet, neue Ladestandards zu entwickeln, die so schnell wie möglich hohe Ströme in die Top-Fahrzeugbatterien liefern können.

Als Richtwert kann eine typische Haushaltssteckdose in den USA 1,8 kW Leistung liefern. Das Aufladen eines modernen Elektrofahrzeugs an einer solchen Heimsteckdose würde quälende 48 Stunden oder länger dauern.

Im Gegensatz dazu können moderne Ladeanschlüsse für Elektrofahrzeuge in einigen Fällen Leistungen zwischen 2 kW und 350 kW übertragen und erfordern dafür hochspezialisierte Steckverbinder. Im Laufe der Jahre sind verschiedene Standards entstanden, da Autohersteller versuchen, mehr Strom bei höherer Geschwindigkeit in ein Fahrzeug zu pumpen. Werfen wir einen Blick auf die heute am häufigsten vorkommenden Optionen.

Wechselstrom, einphasig.

Der SAE J1772-Standard wurde im Juni 2001 angekündigt und ist auch als J Plug bekannt. Der 5-polige Stecker unterstützt einphasiges Wechselstromladen mit 1,44 kW bei Anschluss an eine normale Haushaltssteckdose und steigert sich auf volle 19,2 kW, wenn es an einer schnelleren Ladestation für Elektrofahrzeuge installiert wird. Der Steckverbinder überträgt einphasigen Wechselstrom auf zwei Leitern und sendet Signale auf zwei weiteren Leitern, wobei der fünfte ein Schutzerdungsanschluss ist.

Der J-Stecker wurde nach 2006 für alle in Kalifornien verkauften Elektrofahrzeuge obligatorisch und setzte sich in den USA und Japan schnell durch, mit einer gewissen Durchdringung auch auf anderen Märkten weltweit.

Wechselstrom, ein- oder dreiphasig.

Der Typ-2-Stecker, auch bekannt für seinen Erfinder, den deutschen Hersteller Mennekes, wurde erstmals 2009 als Ersatz für SAE J1772 in der Europäischen Union vorgeschlagen. Sein Hauptmerkmal ist, dass sein 7-poliges Steckerdesign einphasigen oder dreiphasigen Wechselstrom übertragen kann und so Fahrzeuge mit bis zu 43 kW laden kann. In der Praxis erreichen viele Typ-2-Ladegeräte eine Höchstleistung von 22 kW oder weniger. Es verfügt ebenfalls über zwei Pins zur Signalisierung des Vor- und Nachsteckens, ähnlich wie J1772. Es verfügt dann über einen Schutzleiter, einen Neutralleiter und drei Leiter für die drei Wechselstromphasen.

Im Jahr 2013 wählte die EU Typ-2-Stecker als neuen Standard, um J1772 und die obskuren EV Plug Alliance Typ-3A- und 3C-Anschlüsse in AC-Ladeanwendungen zu ersetzen. Der Steckverbinder hat sich seitdem auf dem europäischen Markt weithin durchgesetzt und ist auch in vielen Fahrzeugen auf dem internationalen Markt verfügbar.

Wechselstrom, ein- oder dreiphasig, Gleichstrom-Schnellladung

CCS steht für Combined Charging System und verwendet „Combo“-Anschlüsse, um sowohl Gleichstrom- als auch Wechselstromladen zu ermöglichen. Der Standard wurde im Oktober 2011 veröffentlicht und zielt darauf ab, eine einfache Implementierung des Hochgeschwindigkeits-Gleichstromladens in Neufahrzeugen zu ermöglichen. Dies würde durch das Hinzufügen eines Paars von Gleichstromleitern zu bestehenden Wechselstrom-Steckertypen erreicht werden. CCS gibt es in zwei Hauptformen: dem Combo 1-Anschluss und dem Combo 2-Anschluss.

Der Combo 1 verfügt über einen AC-Stecker vom Typ 1 J1772 gepaart mit zwei großen DC-Leitern. Somit kann ein Fahrzeug mit einem CCS Combo 1-Anschluss an J1772-Ladegeräte zum Wechselstromladen oder an einen Combo 1-Anschluss zum Hochgeschwindigkeits-Gleichstromladen angeschlossen werden. Dieses Design war für Fahrzeuge auf dem US-Markt gedacht, wo der J1772-Stecker alltäglich geworden war.

Der Combo 2-Stecker verfügt über einen Mennekes-Stecker gepaart mit zwei großen Gleichstromleitern. Dies ist für den europäischen Markt gedacht und ermöglicht es Fahrzeugen mit einer Combo-2-Buchse, mit ein- oder dreiphasigem Wechselstrom mit einem Typ-2-Anschluss zu laden oder sie zum Schnellladen mit Gleichstrom an einen Combo-2-Anschluss anzuschließen.

CCS ermöglicht das Wechselstromladen gemäß den Standards der in das Design integrierten J1772- oder Mennekes-Unterstecker. Beim DC-Schnellladen sind jedoch blitzschnelle Ladeleistungen bis zu 350 kW möglich.

Bemerkenswert ist, dass bei DC-Schnellladegeräten mit dem Combo 2-Anschluss die AC-Phasenanschlüsse und der Neutralleiter vom Anschluss wegfallen, da diese nicht benötigt werden. Bei Combo 1-Anschlüssen bleiben sie an Ort und Stelle, obwohl sie nicht verwendet werden. Beide Designs basieren auf denselben Signalstiften, die auch der AC-Stecker für die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladegerät verwendet.

Wechselstrom einphasig, Gleichstrom-Schnellladung

Als eines der Pionierunternehmen im Bereich Elektrofahrzeuge hat sich Tesla zum Ziel gesetzt, einen eigenen Ladeanschluss zu entwickeln, der den Anforderungen seiner Fahrzeuge gerecht wird. Dies wurde als Teil des Supercharger-Netzwerks von Tesla eingeführt, dessen Ziel es war, ein Schnellladenetzwerk zur Unterstützung der Fahrzeuge des Unternehmens aufzubauen, als nur wenig andere Infrastruktur für diesen Zweck vorhanden war.

Während das Unternehmen seine Fahrzeuge in Europa mit Typ-2- oder CCS-Anschlüssen ausstattet, hat Tesla in den USA einen eigenen Ladeanschlussstandard verwendet. Es unterstützt sowohl ein- als auch dreiphasiges Wechselstromladen sowie das Hochgeschwindigkeits-Gleichstromladen an Teslas Supercharger-Ständen.

Die ursprünglichen Supercharger-Stationen von Tesla konnten bis zu 150 kW pro Auto liefern, spätere Low-Power-Modelle für städtische Gebiete hatten jedoch eine Untergrenze von 72 kW. Die neuesten Ladegeräte des Unternehmens können entsprechend ausgestattete Fahrzeuge mit bis zu 250 kW versorgen.

DC-Schnellladung

Der von der Standardization Administration of China herausgegebene Standard GB/T 20234.3 deckt einen Steckverbinder ab, der sowohl einphasiges Wechselstrom- als auch Gleichstrom-Schnellladen ermöglicht. Außerhalb von Chinas einzigartigem Elektrofahrzeugmarkt praktisch unbekannt, ist es für den Betrieb mit bis zu 1.000 V Gleichstrom und 250 Ampere ausgelegt und bietet Ladegeschwindigkeiten von bis zu 250 kW.

Es ist unwahrscheinlich, dass Sie diesen Anschluss an einem Fahrzeug finden, das nicht in China gebaut wurde und für den eigenen Markt oder vielleicht für die Länder bestimmt ist, mit denen es enge Handelsbeziehungen unterhält.

Das vielleicht Interessanteste an diesem Portdesign sind die Pins A+ und A-. Diese sind für bis zu 30 V und bis zu 20 A Strom ausgelegt. Sie werden in der Norm als „Niederspannungs-Hilfsstromversorgung durch das externe Ladegerät für das Elektrofahrzeug“ beschrieben.

Ihre genaue Funktion geht aus dieser Übersetzung nicht hervor, aber sie könnten dazu gedacht sein, einem Elektrofahrzeug mit völlig leeren Batterien Starthilfe zu geben. Wenn sowohl die Traktionsbatterie als auch die 12-V-Batterie eines Elektrofahrzeugs leer sind, kann es schwierig sein, das Fahrzeug aufzuladen, da die Elektronik des Fahrzeugs nicht über die nötige Energie verfügt, um aufzuwachen und mit dem Ladegerät zu kommunizieren. Es können auch keine Schütze aktiviert werden, um das Traktionspaket mit den verschiedenen Subsystemen des Fahrzeugs zu verbinden. Diese beiden Pins sollen möglicherweise genügend Energie liefern, um die Grundelektronik des Fahrzeugs zu betreiben und die Kontakte mit Strom zu versorgen, sodass die Hauptantriebsbatterie auch dann aufgeladen werden kann, wenn das Fahrzeug überhaupt keinen Strom hat. Wenn Sie mehr darüber wissen, lassen Sie es uns gerne in den Kommentaren wissen.

DC-Schnellladung

CHAdeMO ist ein Steckverbinderstandard für Elektrofahrzeuge, der in erster Linie für Schnellladeanwendungen entwickelt wurde. Über seinen einzigartigen Anschluss kann er bis zu 62,5 kW liefern. Es war der erste Standard, der darauf abzielte, Elektroautos unabhängig vom Hersteller Gleichstrom-Schnellladung zu ermöglichen, und über CAN-Bus-Pins für die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladegerät verfügt.

Der Standard wurde 2010 mit Unterstützung japanischer Automobilhersteller für den weltweiten Einsatz vorgeschlagen. Allerdings hat sich der Standard nur in Japan wirklich durchgesetzt, Europa bleibt beim Typ 2 und die USA setzen auf J1772 und Teslas eigenen Stecker. Die EU erwog einmal, einen vollständigen Ausstieg aus CHAdeMO-Ladegeräten vorzuschreiben, begnügte sich jedoch stattdessen mit der Anforderung, dass Ladestationen stattdessen „mindestens“ über einen Typ-2- oder Combo-2-Anschluss verfügen müssten.

Im Mai 2018 wurde ein abwärtskompatibles Upgrade angekündigt, das es CHAdeMO-Ladegeräten ermöglichen würde, bis zu 400 kW zu liefern und damit sogar CCS-Anschlüsse in diesem Bereich in den Schatten zu stellen. Befürworter von CHAdeMO verwiesen darauf, dass es sich um einen weltweit einheitlichen Standard handelt, im Gegensatz zur Spaltung zwischen US-amerikanischen und EU-CCS-Standards. Außerhalb des japanischen Marktes konnte es jedoch kaum Anklang finden.

Seit 2018 befindet sich ein CHAdeMo 3.0-Standard in der Entwicklung. Der als ChaoJi bekannte Standard verfügt über ein völlig neues 7-Pin-Steckerdesign, das in Zusammenarbeit mit der Standardization Administration of China entwickelt wurde. Durch den Einsatz von flüssigkeitsgekühlten Kabeln sollen die Laderaten auf bis zu 900 kW gesteigert werden, bei 1,5 kV betrieben und volle 600 Ampere geliefert werden.

Wenn Sie diesen Artikel lesen, könnten Sie denken, dass es eine ganze Reihe unterschiedlicher Ladestandards gibt, die Ihnen überall, wo Sie mit Ihrem neuen Elektrofahrzeug unterwegs sind, Kopfschmerzen bereiten werden. Zum Glück ist das nicht wirklich der Fall. Die meisten Gerichtsbarkeiten haben daran gearbeitet, einen Ladestandard zu unterstützen und die meisten anderen auszuschließen, was dazu geführt hat, dass die meisten Fahrzeuge und Ladegeräte in einem bestimmten Gebiet alle kompatibel sind. Die Ausnahme bildet natürlich Tesla in den USA, aber auch dort gibt es ein eigenes Ladenetzwerk.

Zwar gibt es einige Leute, die mit dem falschen Ladegerät zur falschen Zeit am falschen Ort stecken geblieben sind, doch bei Bedarf kommen sie oft mit irgendeinem Adapter aus. Künftig bleiben die meisten neuen Elektrofahrzeuge bei den etablierten Ladegerättypen in ihrer Verkaufsregion, was das Leben für alle einfacher macht.