Steckverbinder für Batterieladenetzwerke

In Europa, Nordamerika und in den Schwellenländern rollt eine neue Generation schadstoffarmer oder schadstoff­loser Autos von den Fließbändern in die Hände der ersten Konsumenten. Eine breite Palette von Elektro- und Hybrid-Elektrofahrzeugen wird bereits angeboten, und diese Auswahl wird sich innerhalb der nächsten Jahre noch entscheidend erweitern. Allerdings sind dem raschen Wachstum sowohl technologische als auch Akzeptanzgrenzen gesetzt. Ein wichtiger Aspekt in diesem Zusammenhang ist die Furcht vor der eingeschränkten Reichweite, das heißt die Überlegung, dass batteriegetriebene Fahrzeuge mit einer Aufladung nur eine relativ geringe Strecke bewältigen können. Die im Vergleich zu konventionell angetriebenen Fahrzeugen hohen Anschaffungskosten sind ein weiterer wesentlicher Hinderungsgrund. Es bleibt also abzuwarten, wie rasch diese Hürden überwunden werden können. Allerdings besteht kein Zweifel darüber, dass die Schaffung eines Massenmarkts auch von einer neuen Generation von Elektro- oder Hybrid-Elektrofahrzeugen abhängig ist, die hervorragende Sicherheit mit ebensolcher Zuverlässigkeit und Leistung kombiniert und Geschäftsmodelle anbietet, die die Kosten für den Verbraucher akzeptabel halten.

Batterien kommen groß raus

Obwohl die Kfz-Hersteller ganz unterschiedliche Technologien verfolgen, gibt es eine Gemeinsamkeit der Elektro- und Hybrid-Elektrofahrzeuge: die Nutzung von großen Lithiumbatterien. Die Betriebsspannungen variieren von 400 bis 750 V, die Betriebsströme von 50 bis 300 A – eine Verzehnfachung der Werte der 14-V-Blei-Säure-Batterien, die in konventionellen Fahrzeugen zum Einsatz kommen. Im Zusammenhang mit den elektrischen Verbindungen birgt diese Tatsache eine Reihe von technischen Herausforderungen, von denen die wichtigsten die Sicherheit und die elektromagnetischen Interferenzen betreffen. Diese Aspekte kombiniert mit den zuvor erwähnten Bedenken hinsichtlich der geringen Reichweite und des hohen Preises bedeuten, dass die Minimierung des Gewichts und der Betriebskosten für jedes Bauteil des Elektro- oder Hybrid-Elektrofahrzeugs von entscheidender Bedeutung ist.

Zuverlässige Verbindungen schaffen

Das Bewältigen dieser Herausforderungen führte zur Entwicklung eigener Steckverbinder und Ladestecker, die den Anforderungen gewachsen sind. Angesichts des verbreiteten Mangels an industrieumfassenden Standards für die meisten Anwendungen waren die Hersteller dieser Kontaktstellen gezwungen, zusammen mit den Erstausrüstern spezielle Produkte zu entwickeln. Bei FCI MVL ist das Ergebnis dieser Arbeit die Power.S3-Produktfamilie – eine Auswahl von Anschluss- und Ladesteckerprodukten, die sich für den Hochleistungsbetrieb eignen und auf Haltbarkeit, Kompaktheit, Benutzerfreundlichkeit und Personensicherheit ausgelegt sind. Zu den Schlüsselfaktoren der Power.S3-Familie zählt unter anderem das Gehäusedesign. Die Wahl der Kontakte steht beispielhaft für die Vielfalt der Anwendungen, die bereits jetzt für die Konstruktion von Elektro- und Hybrid-Elektrofahrzeugen typisch ist. Die APEX-280-Kontakte sind speziell auf die 35-A-Anforderungen der Subsysteme abgestimmt, wie Klimaanlagen, Heizungen und Ladestecker-Verbindungen im Fahrzeug. Der RCS-800 und die um 90 Grad abgewinkelte Variante, der RCS-890 sind auf die Hochstrom- und Hochspannungs-Gleichstromverbindungen ausgelegt, die zum Beispiel die Batterien, die Verteilerboxen und den Wechselrichter benötigen. Die Steckverbinder-Gehäuse, die mit einem neuen 8-mm-Rundkontakt versehen sind, lassen eine effizientere Platzausnutzung zu, als beim Verwenden eines entsprechenden Flachkontakts. Diese 8-mm-Kontakte verfügen über eine höhere reale Stromkapazität verglichen mit ähnlich großen Klemmen und kombinieren so hohe Stromleistung mit deutlichen Platz- und Gewichtseinsparungen.

Eigenschaften und Merkmale

Der zweistufige Entriegelungsprozess weist zwischen der Stromtrennung und der Öffnung der Verriegelung eine zeitliche Verzögerung auf. Ein Abziehen des unter Spannung stehenden Steckers ist nicht möglich und Unfälle aufgrund von Stromschlägen oder Funkenschlag werden so vermieden. Ein Interlocksystem und eine sekundäre Stecksicherung sorgen für eine sichere Verrastung der Verbindung. Das axiale Stecksystem Ergomate gewährt einen einfachen, raschen Verbindungsprozess. Aufgrund der minimierten Steckkräfte lässt sich die Verbindung mit einer Hand herstellen. Unter den beschränkten Raumverhältnissen des Motorraums eines Elektroautos ist dieser Faktor besonders wichtig. FCI verwendet zwei Arten von Abdichtungen, eine für jede einzelne Buchsen-Steckverbindung und die zweite mit Stiftkontakten für den Steckverbinder selbst. Diese Kombination von der internen Abdichtung IP2X B und der externen Abdichtung IPx9K, IP67 ermöglicht hohe Standards hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit. Der RCS-800 und der RCS-890 sind im verbundenen und unverbundenen Zustand abgedichtet. Die Risiken von Stromschlag, Kurzschluss und Wassereintritt konnten so minimiert werden.

Standards in der Industrie

Für die elektrische Aufladung der Batterien von Elektro- und Hybridautos wurde inzwischen ein Industriestandard geschaffen, der dennoch ein breites Spektrum an nationalen Eigenarten enthält.

• Die Typ-1-Ausführung nach IEC-62196-2-1/SAE-J1772 ist eine einphasige 16- bis 32-A- und 7,4-kW-Variante, die eine langsame Aufladung unterstützt; Japan und Nordamerika setzen sie bevorzugt ein.
• Die Typ 2-Ausführung nach IEC-62916-2-2 weist eine dreiphasige 16- bis 63-A- und 43,5-kW-Konstruktion auf, die sowohl langsames als auch schnelles Aufladen ermöglicht. Die europäischen Hersteller erklärten sie zum einheitlichen Standard.

Den Forumulec ins Rennen schicken

Die FCI-Produkte traten im Formulec-EF01-Projekt den Beweis an, dass sie die Anforderungen von Elektro- und Hybridautos erfüllen. Dieser einsitzige, elektrische Formelrennwagen wurde mithilfe des Fachwissens aus der Welt der Formel 1 gebaut. Ausschließlich elektrisch angetrieben, beschleunigt er von 0 auf 100 km/h in weniger als drei Sekunden und seine Höchstgeschwindigkeit liegt bei über 250 km/h – das sind Werte, die mit einem konventionellen Formel-3-Fahrzeug vergleichbar sind. Der Formulec bietet außerdem mehr als eine einmalige Präsentation der Ingenieurskunst. Er wurde konstruiert, um die Basis für eine neue Generation von zukunftsfähigen und umweltfreundlichen Autorennen zu schaffen. Zu diesem Zweck muss die Technologie, die im Formulec steckt, den Anforderungen des Autorennsports genügen. Dies umfasst unausweichlich auch die Anschlüsse und die Leistungsübertragung von der Batterie zum Elektromotor; die Wahl fiel dabei auf die RCS-800-Steckverbinderfamile von FCI. Eine ausschließlich elektrische Rennwagen-Ausführung umzusetzen, stellt ein nützliches Testfeld für technische Entwicklungen dar und gleichzeitig verleiht sie der Elektro- und Hybrid-Elektrofahrzeugtechnik zusätzlichen Glanz, mehr Spannung und Interesse.

Was bringt die Zukunft?

Die Fahrzeughersteller und viele Bauteillieferanten haben ihre Fähigkeit zur Massenproduktion von innovativen, schadstoffarmen oder schadstofflosen Fahrzeugen bereits bewiesen, es bleibt also nur abzuwarten, ob die Verbraucher geneigt sind, sich für diese neue Technologie zu begeistern. Insbesondere stellt sich die inte­ressante Frage, welche der konkurrierenden Technologien sich als die attraktivste durchsetzen wird. Externe Faktoren beeinflussen die Ausrichtung auf dem Markt. Dazu zählen die Schwankungen unterliegenden Treibstoffpreise, die Bereitschaft der unter Druck stehenden Regierungen, die Anschaffung schadstoffarmer Fahrzeuge zu subventionieren sowie die Schaffung und Finanzierung von Schnellladungsnetzwerken und benötigten Infrastrukturen. Es ist klar, dass die beachtlichen Möglichkeiten, die diese vollständig neue Nische des globalen Automobilmarkts für die Hersteller und ihre Zulieferer mit sich bringt, auch mit erheblichen Konstruktionsherausforderungen einhergehen. Studien deuten darauf hin, dass bis 2015 weltweit zwischen 500.000 und 1.000.000 Fahrzeuge verkauft werden könnten. Allerdings ist in einem so dynamischen und sich rasch entwickelnden Umfeld die Bereitschaft der Hersteller, die realen Erfahrungen bei der Herstellung und dem Besitz von Elektrofahrzeugen und Hybrid-Elektrofahrzeugen zu berücksichtigen, für ihren langfristigen Erfolg von entscheidender Bedeutung. FCI MVL arbeitet dabei eng mit den Erstausrüstern bei der Entwicklung zusammen, um die zahlreichen und vielfältigen Ansprüche zu erfüllen, die bei der Konstruktion von schadstoffarmen oder schadstofflosen Fahrzeugen gestellt werden.

(rao)