Arten von Ladeanschlüssen für Elektrofahrzeuge

Eine Heimladestation und ein Schnelllader für die Autobahn sehen aus wenigen Schritten identisch aus – ein Stecker am Ende eines schwarzen Kabels. Doch im Inneren erfüllen sie ganz unterschiedliche Aufgaben. Der Stecker einer 7-kW-Wechselstrom-Ladestation hat eine völlig andere Funktion als der Stecker einer 300-kW-Gleichstrom-Ladestation. Der Unterschied zwischen Wechsel- und Gleichstromladung liegt nicht nur in der Ladezeit des Akkus. Er bestimmt auch, wo die Leistungselektronik im System platziert wird, wie viel Strom durch die Kontakte fließt, wie heiß die Komponenten werden und wie dick und steif das Kabel sein muss. Falls Sie eine kurze Auffrischung benötigen, was die verschiedenen Ladestufen im Alltag bedeuten, hier finden Sie weitere Informationen. Übersicht über die Ladestufen von Elektrofahrzeugenist ein guter Ausgangspunkt.  Wechsel- und Gleichstrom befinden sich zwischen Stromnetz und Batterie.Bei einem Wechselstromladegerät liefert das Stromnetz Wechselstrom, während das Fahrzeug die rechenintensive elektrische Arbeit übernimmt. Die Wallbox oder Steckdose liefert Wechselstrom, der vom On-Board-Ladegerät (OBC) im Fahrzeug in Gleichstrom für die Batterie umgewandelt wird. Die Leistung ist durch die Nennleistung des OBC begrenzt, die bei Pkw typischerweise zwischen 3,7 und 22 kW liegt. In dieser Konfiguration sind Stecker und Kabel nur mäßigen Strömen und geringer Wärmeentwicklung ausgesetzt, da sich die heißesten und komplexesten Bauteile im Fahrzeuginneren befinden. Bei einem DC-Schnellladegerät verlagert sich die Hauptarbeit aus dem Fahrzeug. Das Ladegehäuse wandelt den Wechselstrom aus dem Stromnetz in Hochspannungs-Gleichstrom um und leitet diesen über Stecker und Kabel direkt zum Batteriespeicher. Die Ladeleistung kann leicht 50–400 kW oder mehr erreichen, wodurch die Hauptkontakte und Leiter deutlich höhere Ströme führen und häufiger an ihre thermischen Belastungsgrenzen gelangen. In der Praxis bedeutet das: Wechselstrom hält die Hauptlast im Auto, Gleichstrom verlagert diese Belastung auf Stecker und Kabel.  Wechselstrom vs. GleichstromWechselstrom: Die Leistung wird durch den Bordcomputer des Fahrzeugs begrenzt, wodurch ein geringerer Strom im Kabel und eine geringere Wärmebelastung am Stecker entstehen.Gleichstrom: Die Leistung ist durch die Station und die Batterie begrenzt, es fließt ein hoher Strom im Kabel, und am Stecker muss viel mehr Wärme abgeführt werden.Dasselbe Fahrzeug kann an einem Wechselstromstecker problemlos funktionieren, an einem Gleichstrom-Schnellanschluss jedoch sehr anspruchsvoll sein.  Wie Wechsel- und Gleichstrom die Innenteile von Steckverbindern beeinflussenHöhere Spannungen und Ströme verändern nicht nur die Nennwerte auf dem Typenschild. Sie zwingen den Steckverbinderentwickler zu anderen Entscheidungen hinsichtlich Isolierung, Kontaktgeometrie und Pinbelegung. Leistungspegel, Isolation und KontaktdesignDas Laden von Geräten mit geringem Stromverbrauch erfolgt üblicherweise mit Netzspannung. Schnellladesysteme mit Gleichstrom (DC) nutzen Hochvolt-Batterieplattformen mit beispielsweise 400 V oder 800 V. Mit steigender Spannung muss der Stecker entsprechend ausgelegt sein. Die Kriech- und Luftwege im Gehäuse werden größer, die Isoliermaterialien benötigen eine höhere Leistungsfähigkeit, und die interne Geometrie muss scharfe Kanten und Schmutzfallen vermeiden, die die Isolierung mit der Zeit schwächen könnten.Das Stromprofil ändert sich entsprechend. Im Haushalts- und Arbeitsplatznetz führen Steckverbinder üblicherweise einige zehn Ampere pro Phase. Bei Gleichstrom-Schnellsteckverbindern muss jeder Hauptkontakt hingegen mehrere hundert Ampere aushalten. Dies zwingt Entwickler dazu, größere Kontaktflächen an den Gleichstrom-Pins zu verwenden und den Kontaktwiderstand deutlich genauer zu kontrollieren. Feder- und Klingensysteme müssen die Kontaktkraft über viele tausend Steckzyklen konstant halten, da eine geringe Widerstandserhöhung bei hohem Strom schnell zu Wärmeentwicklung führen kann. In der Praxis konzentrieren sich die Entwickler von Steckverbindern auf drei Dinge:Spannung treibt Kriechströme, Luftstrecken und Isoliermaterialien an.Der Strom bestimmt die Kontaktfläche, die Qualität der Beschichtung und die Federkonstruktion.Der Auslastungsgrad (wie häufig es verwendet wird) bestimmt, wie viel Sicherheitsmarge in all den oben genannten Punkten eingebaut wird. Pinbelegung und FunktionenSowohl AC- als auch DC-Steckverbinder kombinieren Strom- und Signalanschlüsse, jedoch in unterschiedlichen Verhältnissen.Ein Netzstecker für den Haus- oder Arbeitsplatzgebrauch enthält üblicherweise einen oder drei Außenleiter, einen Neutralleiter, einen Schutzleiter und einige Steuerkontakte für Pilotsignale und Näherungserkennung. Er verfügt über genügend Intelligenz, um grundlegende Ladeparameter festzulegen und sicherzustellen, dass der Stecker richtig eingesteckt ist, bevor Strom fließt.Ein DC-Schnellstecker verfügt weiterhin über eine Schutzerdung, der Hauptstrom fließt jedoch nun über große DC+ und DC– Pins anstelle von Außenleitern und Neutralleiter. Um diese großen Pins herum befindet sich eine umfangreichere Anordnung von Niederspannungskontakten. Pilot- und Näherungssignale sind weiterhin vorhanden, aber Hochleistungs-DC-Stecker verfügen oft zusätzlich über Kommunikationsleitungen und in vielen Ausführungen über eine dedizierte Temperaturüberwachung, um die heißesten Bereiche des Steckers zu überwachen. Im direkten Vergleich:Die Wechselstromanschlüsse verfügen über einfache Stromanschlüsse und ein einfaches Steuerpaar.DC-Schnellsteckverbinder verfügen über sehr große Stromanschlüsse, die von weiteren Signal- und Messanschlüssen umgeben sind.Mit steigender Leistung nehmen in der Regel sowohl die Größe der Hauptanschlüsse als auch die Anzahl der Signalanschlüsse zu.  Steckverbinderarchitekturen für Wechsel- und GleichstromUnterschiedliche Normen lösen das Problem „Wechselstrom + Gleichstrom“ mit unterschiedlichen mechanischen Strategien. Eine Gruppe von Systemen verwendet ausschließlich Wechselstromanschlüsse. Diese Anschlüsse finden sich beispielsweise an Fahrzeugen, die zu Hause, am Arbeitsplatz und an Ladestationen mit Wechselstrom betrieben werden. Die Gehäuse sind kompakt, die Griffe leicht und die interne Anordnung übersichtlich. Das Design ist auf komfortablen täglichen Gebrauch und eine lange Lebensdauer bei moderatem Stromverbrauch ausgelegt. Kombi-Ladebuchsen gehen einen anderen Weg. Sie vereinen eine Wechselstromschnittstelle mit zusätzlichen Gleichstromanschlüssen in einer einzigen Fahrzeugbuchse, sodass eine einzige Buchse im Auto sowohl Wechsel- als auch Gleichstromstecker aufnehmen kann. Dadurch reduziert sich die Anzahl der in die Karosserie geschnittenen Öffnungen, und der Fahrer hat beim Anschließen eines Kabels nur eine klare Zielvorrichtung. Der Nachteil ist eine größere, komplexere Ladebuchse und eine engere thermische Auslegung im Bereich der Gleichstromanschlüsse. Andere Architekturen verzichten auf Kombi-Eingänge. Einige Standards trennen Wechsel- und Gleichstrom vollständig, sodass jeder Stromkreis für seine jeweilige Aufgabe optimiert werden kann: Wechselstromstecker bleiben klein und leicht, Gleichstromstecker können so groß und robust sein, wie es nötig ist. Neuere, kompakte Steckerfamilien gehen den umgekehrten Weg und versuchen, Wechsel- und Gleichstrom in einem einzigen kleinen Gehäuse zu übertragen. Das spart Platz und vereinfacht die Schnittstelle, stellt aber höhere Anforderungen an die Wiederverwendung von Pins, die Isolierung und die Kühlung.  Kabel und Wärme: Warum sich Gleichstrom anders anfühlt und aussiehtLeitergröße, Gewicht und HandhabungUm über Nacht einige Kilowatt Wechselstrom in ein Auto zu leiten, sind keine riesigen Kupferquerschnitte erforderlich. Die Leiter können einen moderaten Durchmesser behalten, wodurch das Kabel leicht genug zum einfachen Anheben und flexibel genug ist, um es ordentlich in einer Garagenecke aufzuwickeln. Das Übertragen von Hunderten Kilowatt Gleichstrom bei einem kurzen Bremsvorgang stellt eine andere Herausforderung dar. Um Widerstandsverluste und Temperaturanstieg zu minimieren, benötigen die Leiter deutlich mehr Kupfer. Mehr Kupfer bedeutet mehr Masse, und diese Masse macht das Kabel schwerer und steifer. Die erhöhte Steifigkeit macht sich jedes Mal bemerkbar, wenn man versucht, das Kabel in einer engen Parklücke oder über einen Bordstein zu biegen, und das zusätzliche Gewicht macht sich an den Zugentlastungspunkten bemerkbar, wo das Kabel in den Griff oder das Gehäuse eintritt. In der Praxis:Höhere Gleichstromleistung → dickere Kupferadern → schwereres, steiferes Kabel.Schwereres Kabel → höhere Belastung der Zugentlastungen und Anschlüsse.Wechselstromkabel können auf Komfort ausgelegt werden; Gleichstromkabel gehen von den thermischen Grenzen aus und arbeiten rückwärts. Wechselstrom-Ladekabel sind für den Alltag optimiert. Sie lassen sich problemlos mit einer Hand greifen, in engen Einfahrten zwischen Autos hindurchführen und nach dem Ladevorgang mühelos aufrollen. Gleichstrom-Schnellladekabel hingegen müssen einen höheren Ansprüchen genügen. Sie müssen sehr hohe Ströme übertragen können und gleichzeitig flexibel genug sein, damit Fahrer unterschiedlicher Stärke und Größe den Stecker problemlos anbringen können. Der minimale Biegeradius dient dem Schutz der Leiter und der Isolierung, muss aber gleichzeitig den Gegebenheiten an Ladestationen gerecht werden.  Außenmantel, Langlebigkeit und flüssigkeitsgekühlte KabelÖffentliche Anlagen setzen Kabeln stark zu. Sonnenlicht, Regen, Staub und Straßenschmutz sind dort an der Tagesordnung. Hinzu kommt, dass die Leitungen auf Beton fallen gelassen, über scharfe Kanten gezogen und manchmal von Fahrzeugen eingeklemmt oder überfahren werden. Um diese Belastungen über Jahre hinweg zu überstehen, verwenden Gleichstromkabel dickere und robustere Außenmäntel. Zugentlastungen sind verstärkt und die Anschlüsse so konstruiert, dass sie Dreh- und Zugkräfte aufnehmen, ohne die gesamte Belastung direkt auf die Leiter zu übertragen. Kabel im Haushalt sind zwar weniger beansprucht, müssen aber dennoch während der gesamten Lebensdauer des Ladegeräts Abrieb, Schmutz und saisonalen Temperaturschwankungen standhalten. Ihre Ummantelung kann daher flexibler und optisch ansprechender gestaltet sein, solange die grundlegende Robustheit gewährleistet ist. Im oberen Bereich der Gleichstromversorgung stößt die Verwendung von Kupferleitungen und die alleinige Nutzung natürlicher Kühlung irgendwann an ihre Grenzen. Das Kabel müsste so dick und schwer sein, dass es für viele Anwender kaum zu bewegen wäre, und feste Halterungen wären in jedem Schaltplatz unerlässlich. Flüssigkeitsgekühlte Gleichstromkabel lösen dieses Problem durch einen Kühlkreislauf nahe den Stromleitern. Kühlmittel zirkuliert an den Adern entlang und führt die Wärme ab, sodass bei gleichem Außendurchmesser mehr Strom übertragen werden kann, ohne dass die Temperatur unkontrolliert ansteigt. Der Nachteil ist ein höherer Konstruktionsaufwand: Der Kühlmittelkreislauf muss über viele Jahre hinweg dicht und zuverlässig sein, Leckagen müssen erkannt und überwacht werden, und Schläuche und Sensoren müssen so verlegt werden, dass die Baugruppe flexibel genug für den Einsatz bleibt. Aus diesem Grund kann ein Wechselstromkabel schlank und flexibel bleiben, während Gleichstromkabel für sehr hohe Leistungen tendenziell dicker und mehrschichtig aussehen und in manchen Fällen sichtbare Kühlschnittstellen aufweisen.  Wie Sie Steckverbinder und Kabel für Ihre Website auswählenBei verschiedenen Ladeinfrastrukturen wird unterschiedlich auf Leistung, Komfort, Langlebigkeit und Kosten geachtet. Eine kleine Wallbox für Privathaushalte und ein Busdepot gelten zwar beide als „Projekte zur Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge“, bewegen sich aber in ganz unterschiedlichen Bereichen des Planungsspektrums.AnwendungPriorität der StromversorgungHandhabung / KomfortFokus auf LanglebigkeitTypische Stecker-/KabelmerkmaleKlimaanlage für ZuhauseNiedrig bis mittelSehr hochMittlere bis lange Lebensdauer in milder UmgebungKompakte Stecker, schlanke, flexible KabelZielort / Arbeitsplatz KlimaanlageMediumHochMittel bis hochEtwas robustere Gehäuse, deutliche Rückmeldung beim Einrasten.Öffentliches DC-SchnellladenSehr hochMediumSehr hoch, empfindlich gegenüber Witterungseinflüssen im FreienGrößere Stecker, dicke oder flüssigkeitsgekühlte Kabel, robusteFlottendepots / BetriebshöfeHoch bis sehr hochMediumSehr hoch, viele Plug-ins pro TagRobuste Steckverbinder, hochbelastbare Kabel, einfache WartungKlimaanlagen für Privathaushalte haben in der Regel eine niedrige bis mittlere Priorität, da sie über Nacht lange Zeit in Betrieb sind. Der Bedienkomfort ist sehr wichtig, und die Langlebigkeit bezieht sich eher auf jahrelangen Einsatz in einer gemäßigten Umgebung als auf die Beständigkeit gegenüber ständiger Beanspruchung.  Fahrer, die sich zu Hause zwischen Stufe 1 und Stufe 2 entscheiden müssen, können unseren Service nutzen. Leitfaden zum Vergleich von Heimladestationen der Stufen 1 und 2um zu sehen, wie sich diese Hardware-Optionen im Alltag bewähren. AC-Lösungen für Reiseziele und Arbeitsplätze: Mehr Nutzer, mehr Steckvorgänge, höhere Anforderungen an robuste Gehäuse und zuverlässige Verriegelungen. Öffentliches Schnellladen mit Gleichstrom rückt die Ladeleistung in den Vordergrund. Der Bedienkomfort ist weiterhin wichtig, wird aber naturgemäß durch Größe und Gewicht begrenzt. Die Langlebigkeit hat höchste Priorität, da die Geräte im Freien eingesetzt werden, von vielen verschiedenen Nutzern verwendet werden und gelegentliche unsachgemäße Behandlung überstehen müssen. Fuhrparkdepots und Betriebshöfe liegen zwischen öffentlichen Gleichstrom-Ladestationen und Baustellen. Die Ladeleistung reicht von hoch bis sehr hoch, und die Stecker werden im Laufe mehrerer Schichten mehrmals täglich ein- und ausgesteckt. Kontaktstabilität, mechanische Robustheit und Wartungsfreundlichkeit sind daher genauso wichtig wie die maximale Ladeleistung. Ein vollständiges Rahmenkonzept zur Kombination verschiedener Ladestufen in Flotten an Depots, zu Hause und an öffentlichen Standorten finden Sie in unserer Leitfaden darüber, welches Niveau an Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeugflotten wirklich benötigt wird. Drei einfache Fragen weisen in der Regel auf die richtige Zeile in der Tabelle hin:Wie lange bleibt jedes Fahrzeug hier geparkt?Wie oft pro Tag wird jemand den Stecker ein- und ausstecken?Wie stark sind Kabel und Steckverbinder über einen Zeitraum von zehn Jahren der Umwelt ausgesetzt?  ArbeiterbienenperspektiveDie Umsetzung dieser Prinzipien in reale Projekte bedeutet, die Auswahl von Steckverbindern und Kabeln als integralen Bestandteil der Stromversorgungs- und Standortplanung zu betrachten und nicht als nachträgliche kosmetische Überlegung. Derselbe Ladestrom kann je nach Umgebung und Betriebszyklus sehr unterschiedliche Hardware erfordern. Für den Einsatz in Haushalten, Betrieben und Depots mit Wechselstrom entwickelt Workersbee Netzstecker und Ladekabel, die auf komfortable Handhabung im Alltag und langfristige Zuverlässigkeit gemäß regionalen Standards ausgelegt sind. Der Fokus liegt auf vorhersehbarem Verhalten und einer angenehmen Benutzererfahrung im üblichen Wechselstrombereich. Für öffentliche DC-Schnellladestationen und stark ausgelastete Depots bietet Workersbee Folgendes an: DC-Schnellladeanschlüsse und Kabel, die für hohe Strombelastbarkeit, kontrollierten Kontaktwiderstand und robuste mechanische Leistung ausgelegt sind, mit Optionen für fortschrittliche Kühlung, wenn die Projektanforderungen eine höhere Leistung und engere thermische Toleranzen erfordern.