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Weißer Elektro Ladestecker mit Kabel
Weißer Elektro Ladestecker mit Kabel
Elektromobilität: Entspannt laden mit hohen Spannungen
Weißer Elektro Ladestecker mit Kabel
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Elektromobilität: Entspannt laden mit hohen Spannungen

Mit moderner Ladetechnik wird Ladevorgang für Elektrofahrzeuge komfortabel.

Während für die Elektroindustrie Hochspannung bei 100.000 Volt beginnt, bilden im Auto 48 Volt  die Grenze zu dem was Experten zur Unterscheidung Hochvolt nennen. In diesem Spannungsfeld bewegen sich die Ingenieure von Delphi bei der Entwicklung von Ladesystemen für die Elektromobilität. Dabei betrachten sie Ladegeräte und Anschlusskabel ganzheitlich.

Es gibt nicht nur einen Ladestecker, dafür aber gleich mehrere Ladesysteme mit Gleich- und Wechselstrom. Einzelne Pioniere der Elektromobilität bieten ihren Kunden sogar fahrzeugspezifische  Ladestationen an, die für Fremdfahrzeuge nicht geeignet sind. Das ist dann in etwa so, als gäbe es Tankstellen, die Benzin und Diesel über spezielle Zapfpistolen nur an Fahrzeuge einer Marke abgeben würden.

  

Ladestecker mit geöffnetem Gehäuse
Der Ladestecker für Europa. Die Einstellung des maximalen Ladestroms und der Sicherheitsfunktionalitäten werden hier von einer Elektronik übernommen, die im Kabel integriert ist.

Stecker denkt mit

Ein Systemhersteller wie Delphi kann hingegen dem Kunden die komplette Ladetechnik anbieten: Ladekabel für öffentliche Ladesäulen und Ladevarianten für private Steckdosen. Für letztere Stromquelle sind die so genannten  Mode  2  Ladekabel  gedacht.   Dieses   stellt die Verbindung zwischen Steckdose und Auto her  und hat deutlich mehr Aufgaben, als ein einfaches Verlängerungskabel.

Im Ladekabel sitzen Elektronikkomponenten,  die  Anschlussfehler  erkennen  und  die  Ladung  erst freigeben, wenn die Verbindung zwischen Fahrzeug und der Infrastruktur hundertprozentig steht. So überwacht das Ladekabel den Schutzleiter und verfügt darüber hinaus über einen Fehlerschutzschalter. Diese in Europa Fi-Schalter genannte Einrichtung erkennt rechtzeitig auftretende Probleme während des Ladens und kann entsprechend reagieren. Weitere Aufgaben des Kabels bestehen im Schutz des Autos vor Überspannung und der Kommunikation über Ladestatus, Abschaltungen und wie viel Strom das Auto „tanken“ darf.

Ladestecker geöffnet mit Innenleben
Der Ladestecker für den chinesischen Markt, erkennbar an dem Hebel in der Verbindung mit dem ovalen Steckbild.

Erfahrungen aus der Praxis fließen in neue Generation von Ladesystemen

Delphi hat zusammen mit vielen Herstellern von Elektro- und Hybridfahrzeugen Erfahrungen gesammelt, die nun in eine völlig neue Generation von Ladekabeln einfließen. Temperatursensoren im Netzstecker, eine komplett neue Art des Schutzes des Autos und verbesserte Bedienung sind nur einige Punkte, die das Laden zu Hause noch sicherer, benutzerfreundlicher und auch schneller machen.

Ein Ladekabel ist also keine einfache „Strippe“. Je nach Ladetechnik, der Region und den Wünschen des Fahrzeugherstellers besteht es aus 30 bis 250 Komponenten. Die Unterschiede sind allein schon in den unterschiedlichen Netzspannungen und Wechselstromfrequenzen der Länder begründet. In Europa, aber auch in China, liegen 230 Volt mit 50 Hertz an. Stehen nur 115 Volt zur Verfügung – wie in den USA und Japan gebräuchlich – müssen sich Kabel und Ladegeräte nicht nur auf doppelte Ströme für gleiche Ladung einrichten, sondern auch auf die unterschiedliche Frequenz von 60 Hertz.

Ladestecker im Kontrollvorgang
Am Ende des Fertigungsprozesses wird jeder Ladestecker einer Endkontrolle unterzogen.

Berücksichtigen müssen die Entwickler ebenfalls die Leistungsfähigkeit einer Steckdose in den verschiedenen Ländern. Deshalb begrenzt das Ladekabel den Ladestrom entsprechend den regionalen Standards. Überhaupt spielen natürlich die Normen und Vorschriften eine gewichtige Rolle. Solche gibt es bereits für stationäre elektrische Anlagen und Betriebsmittel.

Die neuen Anforderungen an ein Ladekabel werden Stück für Stück in Normen umgesetzt, die sich massiv von denen für andere Geräte wie Toaster, Staubsauger oder Verlängerungskabel unterscheiden.

Dieses war in der Vergangenheit nicht so. Für die Automobilindustrie waren die im Rahmen der Elektromobilität üblich gewordenen Spannungen unter 1000 Volt lange Neuland. Sie sind potenziell für Menschen gefährlich und ein Versagen der Komponenten birgt ein erhebliches Risikopotenzial. Dies bedingt beispielsweise auch eine entsprechende Vorsorge für den Fall eines Crashs. Der Zentralverband der Elektro- und Elektronikindustrie (ZVEI) und andere Organisationen, erarbeiten derzeit spezielle Regeln für Elektrofahrzeuge und ihre Infrastruktur.

Kundenfreundlichere Systeme

Derzeit muss der Benutzer eines Elektrofahrzeugs noch wissen, ob er an eine Schnellladesäule mit Gleichstromtechnik oder an eine für normale Ladeströme in Form von Wechselstrom fährt. Schon die Anschlüsse sind unterschiedlich. Delphi arbeitet aber bereits an der nächsten Generation der Verbindungstechnik, dem Combostecker. Er ist für beide Ladearten geeignet. Die eingebaute Elektronik erkennt automatisch die angebotene Variante.

Zukünftige Generationen der Technik werden im Design schöner, aber auch handlicher und leichter zu bedienen sein. Ihre Elektronik wird vor Beginn des Ladevorgangs die Qualität der Leitung und den Zustand der Batterie prüfen. Auf Basis dieser Informationen wird sie den Ablauf anpassen oder aber aus Sicherheitsgründen abbrechen und den Fehler melden.

Diese Elektronik wird es möglich machen, an weitaus mehr Stellen Strom zu tanken, als heute. Die Elektronik passt den Ladevorgang nämlich schlicht an die Merkmale der Strominfrastruktur und an die des Autos an. Sie ist also die nahezu perfekte Schnittstelle zwischen beidem.

Autor: Daniel Rutkowski, System Ingenieur, Delphi Deutschland GmbH, Co-Autor: Thomas Aurich, Unternehmenskommunikation, Delphi Deutschland GmbH