Elektrofahrzeuge (BEV) sind der Trend in der Branche der alternativen Energien. Da Batterieprobleme nicht kurzfristig gelöst werden können, werden Ladestationen umfassend ausgestattet, um die Ladeprobleme der Fahrzeugbesitzer zu lösen. Ladestecker als wesentliche Komponente von Ladestationen variieren von Land zu Land und sind bereits mit Konflikten konfrontiert. Wir möchten hier die weltweiten Steckerstandards erläutern.
Combo
Combo ermöglicht langsames und schnelles Laden. Es ist die am weitesten verbreitete Steckdose in Europa. Unter anderem sind Audi, BMW, Chrysler, Daimler, Ford, GM, Porsche und Volkswagen mit einer Ladeschnittstelle der SAE (Society of Automotive Engineers) ausgestattet.
Am 2ndIm Oktober 2012 wurde die von den zuständigen Mitgliedern des SAE-Komitees gewählte Version von SAE J1772 zum einzigen offiziellen DC-Ladestandard der Welt. Basierend auf der überarbeiteten Ausgabe von J1772 ist der Combo Connector der Kernstandard für das DC-Schnellladen.
Die vorherige Version (formuliert im Jahr 2010) dieses Standards spezifizierte die Spezifikation des J1772-Steckers zum AC-Laden. Dieser Stecker war weit verbreitet und kompatibel mit Nissan Leaf, Chevrolet Volt und Mitsubishi i-MiEV. Die neue Version hingegen verfügt neben allen bisherigen Funktionen über zwei zusätzliche Pins, die speziell für das DC-Schnellladen vorgesehen sind, und ist nicht mit älteren, aktuell produzierten BEVs kompatibel.
Vorteil: Der größte Vorteil des Combo Connectors besteht darin, dass der Autohersteller nur eine Steckdose anpassen muss, die sowohl Gleichstrom als auch Wechselstrom unterstützt und mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten lädt.
Nachteil: Für den Schnelllademodus muss die Ladestation bis zu 500 V und 200 A bereitstellen.
Tesla
Tesla verfügt über einen eigenen Ladestandard, der eine Aufladung von über 300 km in 30 Minuten ermöglicht. Die maximale Leistung der Ladebuchse beträgt daher bis zu 120 kW und die maximale Stromstärke 80 A.
Tesla betreibt derzeit 908 Super-Ladestationen in den USA. Um in den chinesischen Markt einzusteigen, verfügt das Unternehmen über sieben Super-Ladestationen in Shanghai (3), Peking (2), Hangzhou (1) und Shenzhen (1). Um die regionale Integration zu verbessern, plant Tesla außerdem, die Kontrolle über seine Ladestandards aufzugeben und lokale Standards zu übernehmen, wie es in China bereits der Fall ist.
Vorteil: fortschrittliche Technologie mit hoher Ladeeffizienz.
Nachteil: Entgegen den Standards der einzelnen Länder ist es schwierig, den Umsatz ohne Kompromisse zu steigern. Bei Kompromissen verringert sich die Ladeeffizienz. Sie befinden sich in einem Dilemma.
CCS (Kombiniertes Ladesystem)
Ford, General Motors, Chrysler, Audi, BMW, Mercedes-Benz, Volkswagen und Porsche haben 2012 das „Combined Charging System“ eingeführt, um die verwirrenden Standards für Ladeanschlüsse zu ändern. „Combined Charging System“ oder auch bekannt als CCS.
CCS hat alle aktuellen Ladeschnittstellen vereinheitlicht und ermöglicht so einphasiges Wechselstromladen, schnelles dreiphasiges Wechselstromladen, Gleichstromladen für den Hausgebrauch und superschnelles Gleichstromladen mit einer Schnittstelle.
Neben SAE hat auch ACEA (European Automobile Manufacturers Association) CCS als DC/AC-Ladeschnittstelle übernommen. Seit 2017 wird es in allen PEV in Europa verwendet. Da Deutschland und China die Standards für Elektrofahrzeuge vereinheitlicht haben, ist auch China diesem System beigetreten, was beispiellose Möglichkeiten für chinesische Elektrofahrzeuge bietet. ZINORO 1E, Audi A3e-tron, BAIC E150EV, BMW i3, DENZA, Volkswagen E-UP, Changan EADO und SMART entsprechen alle dem „CCS“-Standard.
Vorteil: Drei deutsche Autohersteller – BMW, Daimler und Volkswagen – werden ihre Investitionen in chinesische Elektrofahrzeuge erhöhen. CCS-Standards könnten für China vorteilhafter sein.
Nachteil: Die Verkaufszahlen von Elektrofahrzeugen, die den CCS-Standard unterstützen, sind gering oder kommen gerade erst auf den Markt.
CHAdeMO
CHAdeMO ist die Abkürzung für CHArge de Move und wird von Nissan und Mitsubishi unterstützt. ChAdeMO bedeutet aus dem Japanischen übersetzt „Ladezeit so kurz wie eine Teepause“. Diese DC-Schnellladesteckdose bietet eine maximale Ladeleistung von 50 kW.
Zu den Elektrofahrzeugen, die diesen Ladestandard unterstützen, gehören: Nissan Leaf, Mitsubishi Outlander PEV, Citroen C-ZERO, Peugeot Ion, Citroen Berlingo, Peugeot Partner, Mitsubishi i-MiEV, Mitsubishi MINICAB-MiEV, Mitsubishi MINICAB-MiEV-Truck, Honda FIT EV, Mazda DEMIOEV, Subaru Stella PEV, Nissan Eev200 usw. Beachten Sie, dass sowohl Nissan Leaf als auch Mitsubishi i-MiEV über zwei verschiedene Ladebuchsen verfügen, eine ist J1772, also ein Combo-Anschluss im ersten Teil, die andere ist CHAdeMO.
Die CHAdeMO-Lademethode ist wie unten im Foto dargestellt. Der Strom wird über ein CAN-Bus-Signal gesteuert. Das bedeutet, dass während der Überwachung des Batteriestatus der vom Ladegerät benötigte Strom in Echtzeit berechnet und per CAN Benachrichtigungen an das Ladegerät gesendet werden. Das Ladegerät empfängt umgehend den Strombefehl vom Auto und stellt den Ladestrom entsprechend bereit.
Durch das Batteriemanagementsystem wird der Batteriezustand überwacht und der Strom in Echtzeit gesteuert. Dadurch werden die für schnelles und sicheres Laden erforderlichen Funktionen vollständig erfüllt und sichergestellt, dass der Ladevorgang nicht durch die Vielseitigkeit der Batterie eingeschränkt wird. In Japan sind laut CHAdeMO 1154 Ladestationen installiert. Auch in den USA sind CHAdeMO-Ladestationen weit verbreitet. Laut den neuesten Daten des US-Energieministeriums gibt es dort 1344 AC-Schnellladestationen.
Vorteil: Neben den Datensteuerleitungen verwendet CHAdeMO den CAN-Bus als Kommunikationsschnittstelle. Aufgrund seiner hervorragenden Rauschunterdrückung und hohen Fehlererkennungsfähigkeit bietet es stabile Kommunikation und hohe Zuverlässigkeit. Seine gute Ladesicherheit wird von der Branche anerkannt.
Nachteil: Die Ausgangsleistung ist ursprünglich auf 100 kW ausgelegt, der Ladestecker ist sehr schwer und die Leistung im Auto beträgt nur 50 kW.
GB/T20234
China hat 2006 die Allgemeinen Anforderungen für Stecker, Steckdosen, Fahrzeugkupplungen und Fahrzeugeingänge zum konduktiven Laden von Elektrofahrzeugen (GB/T20234-2006) herausgegeben. Diese Norm legt die Anschlussarten für Wechselstrom-Ladeströme von 16 A, 32 A und 250 A sowie Gleichstrom-Ladeströme von 400 A fest. Sie basiert hauptsächlich auf der Norm der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) aus dem Jahr 2003. Diese Norm definiert jedoch nicht die Anzahl der Anschlussstifte, die physikalische Größe und die Schnittstelle der Ladeschnittstelle.
Im Jahr 2011 hat China den empfohlenen Standard GB/T20234-2011 herausgegeben, der einige Inhalte von GB/T20234-2006 ersetzt. Er besagt, dass die Nennspannung bei Wechselstrom 690 V, die Frequenz 50 Hz und der Nennstrom 250 A nicht überschreiten dürfen; die Nennspannung bei Gleichstrom 1000 V und der Nennstrom 400 A nicht überschreiten dürfen.
Vorteil: Im Vergleich zur GB/T-Version von 2006 wurden mehr Details der Ladeschnittstellenparameter kalibriert.
Nachteil: Der Standard ist noch nicht umfassend. Es handelt sich um einen empfohlenen Standard, nicht um einen obligatorischen.
Ladesystem „Chaoji“ der neuen Generation
Im Jahr 2020 starteten der China Electric Power Council und das CHAdeMO-Abkommen gemeinsam die Forschung zur Industrialisierungsentwicklungsroute „Chaoji“ und veröffentlichten jeweils das Weißbuch zur konduktiven Ladetechnologie „Chaoji“ für Elektrofahrzeuge und zum CHAdeMO 3.0-Standard.
Das „Chaoji“-Ladesystem ist sowohl mit älteren als auch mit neuen Elektrofahrzeugen kompatibel. Ein neues Steuerungs- und Leitkreisschema wurde entwickelt und um ein Hard-Node-Signal erweitert. Bei einem Fehler kann das Semaphor die Gegenstelle schnell informieren und rechtzeitig reagieren, um die Ladesicherheit zu gewährleisten. Ein Sicherheitsmodell für das gesamte System wurde entwickelt, die Isolationsüberwachung optimiert und eine Reihe von Sicherheitsaspekten wie I2T, Y-Kapazität, PE-Leiterauswahl, maximale Kurzschlusskapazität und PE-Kabelbruch definiert. Gleichzeitig wurde das Wärmemanagementsystem neu bewertet und überarbeitet und eine Testmethode für den Ladeanschluss vorgeschlagen.
Die „Chaoji“-Ladeschnittstelle verwendet ein 7-poliges Endflächendesign mit einer Spannung von bis zu 1000 (1500) V und einem maximalen Strom von 600 A. Die „Chaoji“-Ladeschnittstelle ist auf reduzierte Gesamtgröße, optimierte Passungstoleranz und reduzierte Größe des Stromanschlusses ausgelegt, um die IPXXB-Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Gleichzeitig vergrößert das Design der physischen Einführführung die Einstecktiefe des vorderen Endes der Buchse entsprechend den ergonomischen Anforderungen.
Das „Chaoji“-Ladesystem ist nicht nur eine Hochleistungs-Ladeschnittstelle, sondern ein Satz systematischer Gleichstrom-Ladelösungen für Elektrofahrzeuge, einschließlich Steuer- und Leitschaltung, Kommunikationsprotokoll, Design und Kompatibilität der Anschlussgeräte, Sicherheit des Ladesystems, Wärmemanagement unter Hochleistungsbedingungen usw. „Das Chaoji“-Ladesystem ist ein weltweit einheitliches Projekt, sodass dasselbe Elektrofahrzeug in verschiedenen Ländern auf das Ladesystem des jeweiligen Landes angewendet werden kann.
Abschluss
Aufgrund der unterschiedlichen Marken von Elektrofahrzeugen gelten heutzutage unterschiedliche Standards für Ladegeräte. Ein einziger Ladesteckertyp kann nicht für alle Modelle verwendet werden. Zudem befindet sich die Technologie für Fahrzeuge mit alternativen Antrieben noch in der Entwicklungsphase. Die Ladestationen und Ladeanschlusssysteme vieler Automobilhersteller sind in der Praxis noch mit Problemen konfrontiert, wie z. B. instabilem Produktdesign, Sicherheitsrisiken, anormalem Laden, Inkompatibilität von Fahrzeug und Station, fehlenden Prüfstandards usw. und Umweltbelastungen.
Automobilhersteller weltweit haben erkannt, dass Standards der Schlüsselfaktor für die Entwicklung von Elektrofahrzeugen sind. In den letzten Jahren haben sich die globalen Ladestandards schrittweise von Diversifizierung zu Zentralisierung entwickelt. Um jedoch wirklich einheitliche Ladestandards zu erreichen, sind neben Schnittstellenstandards auch aktuelle Kommunikationsstandards erforderlich. Schnittstellenstandards bestimmen, ob die Verbindung passt, während Kommunikationsstandards bestimmen, ob der Stecker beim Einstecken Strom liefert. Bis zu einer vollständigen Standardisierung der Ladestandards für Elektrofahrzeuge ist es noch ein weiter Weg. Automobilhersteller und Regierungen müssen ihre Position offener gestalten, um die Langlebigkeit von Elektrofahrzeugen zu gewährleisten. Es wird erwartet, dass China als Vorreiter bei der Förderung des „Chaoji“-Standards für konduktive Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge künftig eine größere Rolle spielen wird.
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