4,7/5 Sterne (3 Stimmen)
Endlich einheitliche Ladestecker für Elektrofahrzeuge 4.7 5 3

Endlich einheitliche Ladestecker für Elektrofahrzeuge

(Kommentare: 2)

Endlich einheitliche Steckerlösung für Europa - Bild
Endlich einheitliche Steckerlösung für Europa

Nach langen Diskussionen kam es endlich zu einer Einigung: Bis 2017 sollen alle in Europa angebotenen Fahrzeuge mit dem Typ-2-Stecker ausgerüstet werden. Grund genug für die Elektrofachkraft, sich mit den notwendigen Normen vertraut zu machen.

Die Entwicklung eines einheitlichen Ladesteckers für Elektro-Straßenfahrzeuge ist eine unendliche Geschichte. Industriepolitische Differenzen einzelner Mitgliedsländer haben jahrelang eine dringend benötigte Entscheidungsfindung in und für Europa blockiert. Im vergangenen Jahr wurde vom Europäischen Komitee für elektrotechnische Normung (CENELEC) zwar die europäischen Normen EN 62196-1:2012 und EN 62196-2:2012 veröffentlicht. Diese beschreiben bereits Stecker, Steckdosen, Fahrzeugsteckvorrichtungen und Fahrzeugstecker für Elektrofahrzeuge, legten sich aber nicht konkret auf eine einzige Steckerlösung für Europa fest. Anfang 2013 hat endlich die Europäische Kommission den sogenannten Typ-2-Stecker als gemeinsamen Ladestecker bestimmt. Der von der sauerländischen Firma Mennekes maßgeblich entwickelte Typ-2-Stecker wird hierzulande sogar bereits eingesetzt.

Abb. 1: Ladestecker (Abdruck mit freundlicher Genehmigung der Mennekes Elektrotechnik GmbH & Co. KG)

files/content/grafiken/Endlich einheitliche Ladestecker fuer Elektrofahrzeuge/02.jpg

DKE kämpfte jahrelang für Typ 2

Die VDE-Normungsorganisation DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (VDE|DKE) hatte schon 2009 den Typ-2-Stecker als deutschen Vorschlag in die internationale Normung eingebracht, allerdings brachten Frankreich und Italien einen eigenen Steckertyp ein. Der Typ 2 unterstützt das ein- und dreiphasige Laden und bietet deutlich höhere Ladeleistungen und kürzere Ladezeiten als die in Japan und in den USA eingesetzten Steckvorrichtungen, die nur das einphasige Laden unterstützen.

Einigung zwischen Deutschland und Italien

Vertreter der italienischen und deutschen Normungsorganisationen sowie Experten der Industrie haben sich Ende Mai 2013 auf einen gemeinsamen Vorschlag an CENELEC zur Weiterentwicklung der Norm zu Ladesteckern für die Ladeinfrastruktur von Elektrofahrzeugen geeinigt. Bei der als Kompromissvorschlag eingestuften Lösung ist auf der Ladeinfrastrukturseite für Elektrofahrzeuge die Nutzung der sogenannten Typ-2-Steckdose mit und ohne einen zusätzlichen Einsteckschutz (sogenannten Shutter) vorgesehen. Die Option der Nutzung des zusätzlichen Einsteckschutzes trägt den spezifischen Gegebenheiten und unterschiedlichen Marktanforderungen in Italien und Frankreich Rechnung. Sie erfüllt trotzdem die für den Fahrzeughalter wichtige Anforderung nach Kompatibilität zu der in den meisten anderen europäischen Ländern verwendeten Typ-2-Steckdose ohne diesen Shutter. Damit herrscht endlich Planungssicherheit.

Weltweit nur noch zwei Steckertypen

Endlich gibt es damit im Grunde nur noch zwei favorisierte Steckertypen aufgrund der Unterscheidung zwischen Anschlüssen zum Wechselstrom-Laden und Anschlüssen zum Gleichstrom-Laden. Steckertyp 1 wird vor allem von japanischen und amerikanischen Autobauern bevorzugt und unterstützt aufgrund der dortigen Hausinstallationen nur das einphasige Laden. Typ 2 unterstützt dagegen das ein- und das dreiphasige Laden – damit sind deutlich höhere Ladeleistungen und schnellere Ladezeiten möglich.

Alle weltweiten Hersteller, also auch die amerikanischen und japanischen Autobauer, haben sich darauf verständigt, dass sämtliche in Europa angebotenen Fahrzeuge bis 2017 mit dem Typ-2-Stecker ausgerüstet werden. Mit den getroffenen Entscheidungen ist nunmehr endgültig klar, wohin die Reise beim Elektrostecker geht – Grund genug für die Elektrofachkraft, sich mit den notwendigen Normen vertraut zu machen.

Um Elektro-Straßenfahrzeuge und Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, die ihre Gesamt- oder Teilenergie aus Fahrzeugbatterien beziehen, kabelgebunden (konduktiv) zu laden, werden Steckvorrichtungen benötigt, die eine breite Palette an Anforderungen erfüllen.
Die IEC 61851-1:2010 gilt für Ausrüstungen von elektrischen Straßenfahrzeugen, die mit einer Nenn-Wechselspannung (AC) bis 1.000 V oder einer Nenn-Gleichspannung (DC) bis 1.500 V und zur Bereitstellung elektrischer Energie aller zusätzlichen Betriebsfunktionen am Fahrzeug erforderlich sind, wenn das Fahrzeug an die Stromversorgung angeschlossen ist. Diese Vorrichtungen und Ausrüstungen befinden sich innerhalb (mobil) und außerhalb (stationär) der elektrischen Fahrzeuge. Die behandelten Themen umfassen Eigenschaften und Betriebsbedingungen der Ladestationen und des Anschlusses an dem Elektrofahrzeug (EV), die elektrische Sicherheit des Bedienpersonals und Dritter sowie die Kenngrößen, denen das Fahrzeug in Bezug auf die Wechselstrom-/Gleichstrom-Versorgungseinrichtung für Elektrofahrzeuge nur dann entsprechen muss, wenn das Elektrofahrzeug geerdet ist.
Die internationale Norm IEC 62196, auf die in der IEC 61851-1:2010 verwiesen wird und die von der International Electrotechnical Commission (IEC) gepflegt wird, legt die Anforderungen an Stecker, Steckdosen, Fahrzeugkupplungen und Fahrzeugstecker sowie Kabelgarnituren fest. Sie ist in Deutschland als DIN-Norm DIN EN 62196 gültig und besteht aus drei Teilen, wobei der dritte Teil zurzeit (Ende 2013) nur als Entwurf vorliegt.

IEC 62196 Teil 1: Allgemeine Anforderungen

Teil 1 der Norm beschreibt die allgemeinen Anforderungen und Richtwerte für das kabelgebundene Laden von Elektrofahrzeugen bis 250 A Wechselstrom und 400 A Gleichstrom.

Anwendungsgebiet

Der erste Teil der IEC 62196-1 besteht für Stecker (Steckverbinder), Steckdosen, Fahrzeugkupplungen, Fahrzeugstecker sowie Kabelgarnituren für Elektrofahrzeuge, die im Einsatz mitunter in kabelgebundenen (konduktiven) Ladesystemen, die Steuer- und Regeleinrichtungen enthalten, deren Bemessungsbetriebsspannung 690 V Wechselspannung mit einer Frequenz von 50–60 Hz und einem Nennstrom bis 250 A bzw. 1.500 V Gleichspannung und einem Bemessungsstrom bis 400 A nicht überschreitet.
Die in der IEC 62196-1 behandelten Steckvorrichtungen sind nur für den Einsatz an Fahrzeugen konzipiert, die auch den Anforderungen der IEC 61851-1:2010 Abschn. 7.2.3.1 entsprechen.
Alle Steckvorrichtungen und Kabelgarnituren müssen für den Einsatz bei einer Umgebungstemperatur zwischen –30 °C und +50 °C vorgesehen sein.

Definitionen

Kabelgarnitur (cable assembly)

Die Kabelgarnitur dient der Herstellung der Verbindung zwischen dem Elektrofahrzeug und der Stromversorgungseinheit für das Elektrofahrzeug. Sie kann entweder lösbar oder fest angeschlossen, und damit Bestandteil der Anlage, sein. Sie darf ein oder mehrere Kabel beinhalten, die durch einen flexiblen Schlauch, ein Schutzrohr oder einen Kabelkanal geschützt sind.

Kabelführungssystem (cable management system)

Das Kabelführungssystem dient dem Schutz der Kabelgarnitur gegen mechanische Beschädigungen sowie dem erleichterten Handling, z.B. durch eine Kabelaufhängung.

Merkmale: Allgemeine Kriterien

Die Steckvorrichtungen müssen zweckmäßig konstruiert sein, sodass sie bei bestimmungsgemäßem Gebrauch zuverlässig sind und keine Gefahr für den Anwender oder die Umgebung darstellen.
Gleichzeitig müssen sie so ausgelegt und gebaut sein, dass es nicht möglich ist, ein Verlängerungskabel anzubringen. Der Stecker und die Fahrzeugkupplung dürfen nicht zusammensteckbar sein.

Spezifizierte Nennwerte

Durch die Norm bevorzugte Nenn-Betriebsspannungen:

  • 0–30 V (nur für Signal- und Steuerzwecke)
  • 100–130 V Wechselspannung
  • 200–250 V Wechselspannung
  • 380–480 V Wechselspannung
  • 600–690 V Wechselspannung
  • 600 V Gleichspannung
  • 750 V Gleichspannung

Bevorzugte Nennströme:

  • 13 A
  • 16–20 A
  • 30–32 A
  • 60–63 A
  • 70 A
  • 125 A
  • 200 A (nur Gleichstrom)
  • 250 A
  • 400 A (nur Gleichstrom)

Wichtiger Hinweis

In den USA ist die Überstrom-Schutzeinrichtung des Nebenstromkreises auf 125 % des Bemessungswerts der Steckvorrichtung festgelegt.

Tipp

In der gesamten Norm (IEC 62196) wird entsprechend der nationalen Anforderungen auf einen Bemessungswert von 16–20 A oder 30–32 A oder 60–63 A Bezug genommen.

Schnittstelle zwischen Stromversorgung und Elektrofahrzeug

In diesem Abschnitt werden die physikalischen Anforderungen an die elektrisch leitende Schnittstelle zwischen Fahrzeug und Stromversorgung beschrieben.

Diese lassen unterschiedliche Arten der Fahrzeugschnittstelle zu:

1. eine Universalschnittstelle für alle Ladebetriebsarten, die vorgesehen ist für

a) Hochleistungswechselstrom und 32 A Wechselstrom oder

b) Hochleistungsgleichstrom und 32 A Wechselstrom;

2. eine Basisschnittstelle nur für die Ladebetriebsarten 1, 2 und 3;

3. einen Hochleistungsgleichstrom.

Es gibt vier Arten von Fahrzeugsteckern und Fahrzeugkupplungen:

  1. Universalschnittstelle für Hochleistungswechselstrom;
  2. Universalschnittstelle für Hochleistungsgleichstrom;
  3. die Basisschnittstelle;
  4. Hochleistungsgleichstrom.

Anforderungen an die Erdung

Alle Steckvorrichtungen müssen mit einer Erdungsklemme und einem Schutzerdungskontakt ausgerüstet sein.
Die Schutzerdungskontakte müssen direkt und stabil mit den Schutzerdungsklemmen verbunden werden.
Um beim Auftreten eines Isolationsfehlers aktiv werden zu können, müssen alle berührbaren leitfähigen Metallteile von Steckvorrichtungen zuverlässig und sicher durch die Ausführung mit der internen Erdungsklemme verbunden sein.

Schutz der Schutzkontakte

Erdungskontakte müssen ohne Überhitzung einen Strom führen können, der mindestens dem maximalen festgelegten Strom der Phasenkontakte entspricht. Außerdem müssen die Schutzkontakte so ummantelt und geschützt sein, dass sie gegen mechanische Beschädigungen gesichert sind. Dieses schließt die Verwendung von seitlichen Schutzkontaktsystemen (Seitenerdungskontakten) aus.
Erdkontakte der Daten-(Signal-)Leitungen müssen einen Strom von 2 A ohne Überhitzung aushalten.

Zugentlastung

Ladestecker und Fahrzeugkupplungen müssen so ausgelegt sein, dass die einzelnen Leiter nach dem Anklemmen zugentlastet und gegen Verdrillung geschützt sind. Gleichzeitig muss die Ummantelung gegen Abrieb geschützt sein.
Die Konstruktion muss sicherstellen, dass die Drähte keine zugänglichen oder internen Metallteile (z.B. Zugentlastungsschrauben) berühren können, wenn diese elektrisch leitend sind, es sei denn, sie sind mit der internen Erdungsklemme verbunden.

Abb. 2: Ladekupplung (Abdruck mit freundlicher Genehmigung der Mennekes Elektrotechnik GmbH & Co. KG)

files/content/grafiken/Endlich einheitliche Ladestecker fuer Elektrofahrzeuge/03.jpg

Mechanische Festigkeit

Ist ein Stecker oder eine Fahrzeugkupplung nicht mit einem Kabelführungssystem ausgestattet, welches das Liegenbleiben der Steckvorrichtung auf dem Boden verhindert, müssen diese eine ausreichende Festigkeit gegen Beschädigung durch Überfahren mit einem Fahrzeug haben.

Ladebetriebsarten von Elektrofahrzeugen

Die IEC 62196-1 verweist auf die IEC 61851-1:2010 Abschn. 6.2 und 6.3, in der vier verschiedene Ladebetriebsarten beschrieben werden, die das sichere und bedarfsgerechte Laden von Elektrofahrzeugen definieren. Diese unterscheiden sich auf der einen Seite in Bezug auf die Steckdose, auf der anderen Seite in Bezug auf die maximale Ladeleistung sowie durch die Kommunikationsmöglichkeiten.
Zur Vermeidung lebensgefährlicher Stromunfälle ist für alle Ladebetriebsarten eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung mit Kennwerten erforderlich, die mindestens denen entsprechen, die in IEC 61008-1 bzw. IEC 61009-1 oder in Verbindung mit einer Überstrom-Schutzeinrichtung in IEC/TR 60755 für den Typ A festgelegt wurden. Der Einsatz von Überspannungsableitern wird grundsätzlich empfohlen.

Anschlussarten des Elektrofahrzeugs

Nachdem einige Ladungsprozesse sich durch direkten Anschluss des Elektrofahrzeugs an übliche Netzsteckdosen bewerkstelligen lassen, bei anderen jedoch bestimmte Stromversorgungs- und Ladeeinrichtungen mit Steuer- und Signalstromkreisen erforderlich sind, beschreibt die DIN EN 62196-1:2012-11 (VDE 0623-5-1) mechanische, elektrische sowie bestimmte Leistungsanforderungen an Stecker, Steckdosen, Fahrzeugkupplungen und Fahrzeugstecker (Fahrzeuganschlussbuchsen) für die Schnittstelle zwischen bestimmten Ladeeinrichtungen und dem Elektrofahrzeug.
Die IEC 61851-1 beschreibt ebenfalls die unterschiedlichen Möglichkeiten zum Anschließen von Kabeln und Steckern.

IEC 62196 Teil 2: Anforderungen und Hauptmaße für Wechselstrom-(AC-)Ladesteckvorrichtungen

Teil 2 beschreibt die Anforderungen und physikalischen Kenngrößen für die Kompatibilität und Austauschbarkeit von Steckern, Steckdosen, Fahrzeugkupplungen und Fahrzeugstecker. Dabei werden insgesamt drei verschiedene Ladesteckertypen, die untereinander nicht kompatibel sind, beschrieben:

IEC 62196 Teil 3: Anforderungen und Hauptmaße für Gleichstrom-(DC-)Ladesteckvorrichtungen

Die bisherigen Normenteile erfassen nur die Ladung von Elektrofahrzeugen mit Wechselstrom. Der dritte Teil der Norm liegt zurzeit (Ende 2013) nur als Entwurf vor.

Mehrstufiges Sicherheitskonzept

Die Norm übernimmt die in der IEC 61851 beschriebene Definition des Signalpins, der die Freigabe des Ladestroms regelt, d.h. solange kein Elektrofahrzeug mit der Ladestation verbunden ist, bleibt diese spannungsfrei. Während des Ladevorgangs kann das Elektrofahrzeug nicht in Betrieb genommen werden.
Die Ladesysteme in den Ladebetriebsarten 2 und 3 verfügen deswegen über ein redundantes mehrstufiges Sicherheitskonzept, bestehend aus:

  • Wegfahrschutz
  • Mechanischer Schutz
  • Schutz gegen elektrischen Schlag
  • Schutz vor Fehlerströmen
  • Überlastschutz
  • Komponentenschutz

Autoren: Udo Mathiae; Ernst Schneider

Den kompletten Fachbeitrag und weitere zu diesem Thema finden Sie in dem Produkt Arbeitsanweisungen für die Elektrofachkraft.

Zurück

Kommentare

Kommentar von Franc Mueller |

Ich hatte schon mal ein französisches Fahrzeug hier im badner Land und musste mir (2013!) mit Schukoadaptern helfen - deshalb bin ich froh über die Einigung!

Kommentar von Willi |

Das ist ja alles schön und nett. Aber solange ich in meine Mietsgarage kein Steckdose kriege, nützt mir das alles herzlich wenig

* Pflichtfeld