Stecker in der Elektromobilität

Typ 1 SAE J1772-2009 (Asien/Amerika)

Der 2009 definierte Ladestecker ist für das in Nordamerika verfügbare 120/240-Volt-Einphasen-Dreileiternetz ausgelegt. Im Gegensatz zum europäischen Typ2-Stecker hat der Typ1-Stecker standardmäßig auf der Fahrzeugseite keine Verriegelung (dient zur elektrischen Sicherheit und als Diebstahlschutz), sodass er jederzeit, auch während des Ladevorgangs und von nicht autorisierten Personen, abgezogen werden kann und der Ladevorgang dadurch beendet wird. In Amerika spielt der Diebstahlschutz der Kabel keine Rolle, da diese dort fest mit der Ladestation verbunden sind. Zudem können einige neuere Fahrzeugmodelle den Abklemmhebel des Typ1-Steckers als eine Art Verriegelung blockieren.

Trotz der Standardisierung werden derzeit amerikanische und asiatische E-Fahrzeugmodelle in Europa noch mit dem fahrzeugseitigen Typ1-Stecker verkauft, da die Fahrzeuge meist für das heimische Stromnetz ausgelegt sind und somit auch nur ein einphasiges Wechselstrom-Ladegerät (230V, max. 7,4 kW) verbaut haben. Da die Ladekabel typischerweise auf der Stationsseite einen Typ2-Stecker und auf der Fahrzeugseite einen Typ1-Stecker besitzen, sind keine Adapter nötig und für gewöhnlich auch nicht zugelassen.

Der Stecker wurde für 10.000 Steckzyklen designt, sodass er bei einem täglichen Steckzyklus mindestens 27 Jahre halten soll. Er hat einen Durchmesser von 43mm und besitzt fünf Kontakte – zwei stromführende Kontakte (Außenleiter/Nullleiter L1 und N), einen Schutzleiter (PE) und zwei Signalkontakte (CP und PP). Über die Signalkontakte wird das gleiche Protokoll zur Kommunikation mit der Ladestation verwendet wie beim Typ2-Stecker.

• 1-phasig
• max. 7,2 kW (32 A)
• 5 Kontakte
• fahrzeugseitig noch an amerikanischen und asiatischen Fahrzeugen verwendet

Typ 2 Mennekes-Stecker EU-Standard

Der europäische Standardstecker zur Ladung von modernen Elektrofahrzeugen ist der sogenannte "Typ2-Stecker", welcher nach der maßgeblich an der Entwicklung beteiligten Firma umgangssprachlich gerne auch „Mennekes“-Stecker genannt wird. Die Bezeichnung "Typ 2" stammt aus der zugehörigen Norm IEC 62196-2, welche drei Steckertypen für die Wechselstrom-Ladung definiert (Typ 1 für einphasige Ladung, Typ 2 für 1- und 3-phasige Ladung, Typ 3 für 1-phasige und 3-phasige Ladung mit Shutter).

Der weit überwiegende Teil neu errichteter AC-Ladestationen in Europa verfügt über mindestens einen Typ2-Anschluss. Dieser ist anders als herkömmliche Haushaltssteckdosen (SchuKo) für dauerhaft hohe Ströme (meist 32A/400V bzw. 22 kW) und im Gegensatz zu den bereits bekannten roten oder blauen CEE-Steckern auf mehrere tausend - möglichst leichtgängige - Steckvorgänge ausgelegt. Diese Eigenschaft ist wichtig für tägliche Ladevorgänge von Elektrofahrzeugen. Zusätzlich sind die Stecker hochwertiger Kabel vollständig mit Kunststoff ausgegossen, sodass der Stecker auch beim Überfahren mit dem Auto keinen Schaden nimmt.

Der Typ2-Stecker kann zur Sicherheit gegen Ziehen unter Spannung sowohl stations- als auch fahrzeugseitig verriegelt werden. So kann der Ladevorgang nicht von unbefugten Personen beendet und das Kabel nicht gestohlen werden.

Alle Stecker der Norm verfügen neben den Stromleitern über zusätzliche Pins zur Kommunikation zwischen Elektroauto und Ladestation. Hierüber wird signalisiert, welche maximale Ladeleistung das eingesetzte Kabel sowie die Ladestation unterstützt. Ladestation und E-Auto signalisieren zudem gegenseitig den aktuellen Status (z.B. "bereit zum Laden"). Langfristig kann diese Kommunikation um eine Powerline-Verbindung ergänzt werden, um Zusatzdienste wie einen Internetzugang oder SmartGrid-Funktionen zu unterstützen.

• 3-phasig
• max. 43 kW
• 7 Kontakte

Bildquelle: MENNEKES Elektrotechnik GmbH & Co. KG

Typ 3A/C SCAME-Stecker

Der Typ3A-Stecker der 2010 gegründeten "EV Plug Alliance" (u.a. von Schneider Electric aus Frankreich und SCAME aus Italien) wurde in Italien entwickelt und sollte günstiger sein als der Typ2-Stecker. Er verfügt über eine Shutter-Funktion, welche die direkte Berührung von stromführenden Teilen verhindert. Aufgrund einer Sicherungspflicht – ähnlich einer Kindersicherung an Haushaltssteckdosen – war der Stecker daher lange Zeit der favorisierte Norm-Entwurf in Frankreich und Italien. Diese fehlende Shutter-Funktion ("Kindersicherung") war auch der Haupt-Ablehnungsgrund gegenüber dem Entwurf des Typ2-Steckers des deutschen Herstellers Mennekes. 2013 stellte Mennekes schließlich ein Typ2-Steckermodell mit Shutter vor, sodass im Anschluss der Typ2-Stecker von der EU zum europäischen Standard für E-Fahrzeuge ausgewählt wurde. Zudem sind laut Norm (IEC 62196) bei der Mode 3 Ladung alle Kontakte spannungsfrei bis eine korrekte Kommunikation (PWM-Signal) mit dem E-Fahrzeug über die Pilotkontakte aufgebaut wurde und Fahrzeug sowie Ladestation bereit sind. Insbesondere in Frankreich sind jedoch zunächst die meisten Ladestationen mit Typ3A-Steckern ausgestattet worden.

Der Typ3A-Stecker unterstützt lediglich die einphasige Ladung und wird daher noch zur Ladung von Motorrollern mit weniger als 3 kW eingesetzt. Zur Ladung mit Dreiphasen-Drehstrom wurde eine Erweiterung als Typ 3C für max. 22 kW geschaffen (s. Bild).

• 3-phasig
• max. 43 kW
• 7 Kontakte

Combined Charging System (CCS) Combo Typ 2

Das Combined Charging System (CCS) wurde 2011 vorgestellt und ist der europäische und amerikanische DC-Ladestandard. Hierbei wurden jeweils der amerikanische Typ1-Steckers sowie der europäische Typ2-Stecker (jeweils AC) um zwei Pole für die DC-Schnellladung erweitert. Der Vorteil dieser AC/DC-Kombination besteht im Wesentlichen in einer einzelnen fahrzeugseitigen Buchse, dem sogenannten Inlet. Es werden nicht mehr - wie bei asiatischen Fahrzeugen - zwei Inlets, je eins für AC-Ladung (Typ1) und eins für die DC-Ladung (CHAdeMO), benötigt.

Der obere AC-Teil ist bereits als "Typ2-Stecker" von der AC-Ladung bekannt. Die Pilotkontakte und der Nullleiter dieses Teils dienen beim Laden an DC-Schnellladestationen weiterhin der Sicherheit und Kommunikation zwischen Station und Elektrofahrzeug. Für den Stromfluss werden in diesem Fall nur die unteren beiden dickeren DC-Kontakte genutzt. Die DC-Erweiterung der Typ1- und Typ2-Stecker wurde von den verschiedenen Kommissionen gemeinsam entwickelt, um unterschiedlichen Standards wie beim AC-Laden vorzubeugen. Nach der Vorstellung des CCS-Systems wurde der Einsatz in E-Fahrzeugen des Volkswagen-Konzerns sowie von Mercedes, BMW, Ford, Chrysler und General Motors angekündigt.

Aktuelle DC-Ladestationen mit Combined Charging System sind meist auf Ladeleistungen von 50 kW für eher kleine Batterien um die 20 kWh mit Nennspannungen von ca. 400V vorgesehen. Die nächste Generation von Schnellladestationen soll dagegen voraussichtlich ab 2017/18 eine Ladeleistung von mindestens 150 kW unterstützen, um auch größere Akkus weiterhin innerhalb von 15 Minuten fast vollständig nachladen zu können (800V Systeme). Die Entwicklung dieser Ladestationen und -leistungen wird derzeit von der "Charging Interface Initiative" (CharIN) von Audi, BMW, Daimler, Opel, Porsche, VW, dem TÜV Süd, Mennekes und Phoenix Contact vorangetrieben.

CHAdeMO

CHAdeMO ist seit 2010 der japanische Standard für die DC-Schnellladung moderner Elektrofahrzeuge und ein Akronym für "CHArge de MOve". Die aktuell für CHAdeMO-Ladestationen (bzw. Multicharger mit CCS- und CHAdeMO-Stecker) typische Ladeleistung beträgt 50 kW. Eine Weiterentwicklung bis 150 kW - wie bei CCS - ist derzeit nicht bekannt.

Anders als der CCS-Stecker unterstützt der CHAdeMO-Stecker und das dazugehörige Kommunikationsprotokoll schon heute die bidirektionale Ladung, sodass die Energie der Fahrzeugbatterie wieder zurückgespeist und beispielsweise als Notstrom oder für die Versorgung des Eigenheims genutzt werden kann. Diese Vehicle-to-Grid-Funktion (V2G) wird aktuell von Nissan und Mitsubishi E-Fahrzeugen unterstützt und vermarktet (auch aufgrund der Fukushima-Katastrophe). Hierzu ist jedoch ein zusätzlicher Wechselrichter nötig, um den aus der Batterie stammenden Gleichstrom in anderen Anwendungen nutzen zu können.

Der CHAdeMO-Stecker wird hauptsächlich in den E-Fahrzeugen der asiatischen Marken Nissan, Mitsubishi und KIA eingesetzt. Aufgrund der zum Mitsubishi EV baugleichen Modelle C-Zero und iOn wird der Stecker auch bei Citröen und Peugeot genutzt. Tesla bietet für sein eigenes auf dem Typ2-Stecker basierendes DC-System einen CHAdeMO-Adapter an. Außerdem wird der BMW i3 in Japan mit CHAdeMO-Anschluss verkauft.

SchuKo-Stecker

Der in Deutschland herkömmliche Haushaltsstecker trägt im CEE-System die Bezeichnung CEE 7/4 (die Steckdose CEE 7/3) oder auch "Typ F". Als Akronym für Schutz-Kontakt wird er hauptsächlich als Schuko-Stecker bezeichnet. Er ist teilweise kompatibel mit dem französischen "Typ E" Stecker.

Schuko-Steckdosen sind nicht für eine dauerhafte Belastung mit der üblichen Maximalstromstärke von 16 A (1-phasig, 230V, 3,7 kW) ausgelegt und können leicht überhitzen. Für 16A Dauerbelastung existiert der bereits als "Campingstecker" bekannte blaue CEE-Stecker. Zur dauerhaft sicheren und schnellen Ladung großer E-Fahrzeug Akkus sind die Haushaltssteckdosen daher eher nicht geeignet (s. Wallbox).

CEE Blau Campingstekcker

Der blaue CEE-Stecker für 16A Dauerbelastung bei 230V (1-phasig) ist auch als Camping- oder Caravanstecker bekannt und das Pendant zum Schuko-Stecker in industriellen Anwendungen (Verpolungsschutz, größere Kontaktfläche, ausgelegt auf Dauerbelastung, etc.). Die korrekte Bezeichnung lautet "L+N+PE-6h-Steckverbinder".

Im Gegensatz zum speziell auf einfache und zahlreiche Steckvorgänge ausgelegten Typ2-(Mennekes-)Stecker kann bei Industriesteckern eine erhöhte Einsteck- bzw. Ausziehkraft notwendig sein. Zur Ladung von Elektrofahrzeugen wird der Stecker heutzutage nicht mehr eingesetzt.

CEE Rot

Der typische rote, fünfpolige CEE-Drehstromstecker (3L+N+PE, 6h) dient der Versorgung von Verbrauchern mit Dreiphasenwechselstrom (3-phasig = rot 400V, 1-phasig = blau 230V), umgangssprachlich auch Stark- oder Baustrom genannt. Am weitesten verbreitet ist der Stecker in Deutschland in den unterschiedlichen Größen für 16A (11 kW) und 32A (22 kW). Über verschiedene mobile Ladestationen, welche die Kommunikation mit dem Elektroauto übernehmen und teilweise von den Fahrzeugherstellern direkt mit angeboten werden, können die Fahrzeuge auch an diesen Industriesteckvorrichtungen sicher mit bis zu 43 kW (nur Renault ZOE) laden.