(Bild: Phoenix Contact )
Erschienen in: E&E April 2012, S. 51
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E-Mobility „Two In One“

Phoenix Contact ist schon lange auf dem Gebiet Elektromobilität tätig – mit dem Hauptaugenmerk auf die Ladeinfrastruktur. Neben anderen Produkten gibt es hierfür zum Beispiel das Combined-AC/DC-Charging-System im Portfolio. * Phoenix Contact

Vor zwei Jahren habe ich mit den damals am Markt erhältlichen Ladesteckern Feldversuche gemacht und meine Kollegen weltweit dazu eingeladen“, erklärt Ralf Bungenstock, Produktmanager Pluscon Power bei Phoenix Contact. „Das Ergebnis war nicht überzeugend: Gestandene Ingenieure haben teilweise mehr als fünf Minuten gebraucht, um den DC-Connector am Fahrzeug anzuschließen und den Ladevorgang zu starten. An der Stelle haben wir gelernt, was wir besser machen können und müssen.“ Ralf Bungenstock ist bei Phoenix Contact für das Thema Elektromobilität zuständig, mit dem man sich beim Verbindungstechnik- und Automatisierungs-Spezialisten in Ostwestfalen schon seit einigen Jahren beschäftigt. „Die ersten Anfragen kamen aus dem Bereich der Infrastruktur. Es ging meistens um kundenspezifische Lösungen zur Optimierung von Ladesäulen“, erinnert sich Ralf Bungenstock. „Es hat damals zwar kaum installierte Ladesäulen gegeben, die Firmen haben aber bereits angefangen, für die Zukunft zu planen: Wie kann man beispielsweise bei Störungen die Ladesäule einfach austauschen oder welche Komponenten kann man für den kostengünstigen Aufbau einer Ladesäule verwenden?“

Der Typ-2-AC/DC-Connector im Fertigungsprozess bei Phoenix Contact in Blomberg.
Die Lösung für Battery Swapping: Ralf Bungenstock zeigt das DC-Ladestecksystem für Elektro-Nutzfahrzeuge.

Die Infrastruktur ist auch das klassische Betätigungsfeld von Phoenix Contact. Von der Automatisierungstechnik über Steckverbinder für die Leiterplatte, Feldverdrahtung und Reihenklemmen bis hin zum Überspannungsschutz bietet das Unternehmen das ganze Portfolio, das für eine Ladestation benötigt wird. „Das sind teilweise spezialisierte Komponenten, es können aber auch Standardelemente sein, wie sie heute in industriellen Applikationen zu finden sind,“ so Ralf Bungenstock. „Das hängt immer vom Kundenwunsch ab.“ Längst beschäftigt man sich bei Phoenix Contact aber auch mit dem Fahrzeug selber. Das aktuellste Ergebnis: Das in Zusammenarbeit mit VW, Audi, Porsche, BMW und Daimler entwickelte Combined AC/DC Charging System Type 2, das in Zukunft das Laden sowohl mit Gleichstrom (DC) als auch mit Wechselstrom (AC) über einen Stecker ermöglichen wird. „Gemeinsam mit den Fahrzeugherstellern haben wir diesen Standard entwickelt und auf dieser Basis ist ein neuartiges Stecksystem entstanden“, beschreibt Ralf Bungenstock den Prozess.

Nicht nur bei Phoenix Contact ist man davon überzeugt, dass das Laden mit AC und DC künftig gleichberechtigt nebeneinander stehen wird und daher eine Kombi-Lösung notwendig ist. Während das AC-Laden eher im privaten Umfeld, also in der heimischen Garage über Nacht eine Rolle spielen wird, kommt das DC-Laden mit der höheren Energiedichte für das schnelle Nachladen im öffentlichen Umfeld in Frage. „Wenn man heute ein Elektrofahrzeug auf den Markt bringt, muss man dem Kunden sicher beide Lademöglichkeiten anbieten“, so Ralf Bungenstock. „Wenn man aber ein Fahrzeug hat, das sowohl mit AC als auch mit DC ‚betankt‘ werden kann, bräuchte man zwei unterschiedliche Buchsen, die das möglich machen. Dazu benötigt man die gesamte Zuleitung vom Inlet bis zur Leistungselektronik – und das zwei Mal in einem Fahrzeug. Das würde zu erhöhten Herstellungskosten führen.“ Mit dem kombinierten AC/DC-Ladesystem Typ 2 entfällt dieses Problem. Gleichzeitig wird man sich künftig als Nutzer auch keine Gedanken darüber machen müssen, wo man welchen Stecker anschließen muss. Dabei ist dieser Hochleistungsstecker nicht nur praktisch, sondern auch sicher. „Es gibt einen Verriegelungsmechanismus, der verhindert, dass der Stecker unter Last gezogen werden kann“, erläutert Ralf Bungenstock das System. „Das ist sehr wichtig, da das aufgrund der hohen Leistungsdichte auch nicht ganz ungefährlich wäre.“ „Wir haben bewusst ein System entwickelt“, führt er weiter aus, „bei dem das Laden sehr leicht ist. Man muss nicht irgendwelche Schalter umlegen, sondern nimmt einfach den Stecker, genau wie heute beim Tanken, und schiebt den Connector in das Inlet. Der Rest wird komplett über die Elektronik gesteuert.“ Ein Aktuator bewegt eine Verriegelungsvorrichtung, die dafür sorgt, dass der Stecker während des Ladevorgangs blockiert wird. Erst wenn der Strom komplett abgeschaltet ist, wird der Bolzen wieder freigegeben. Ein weiterer wichtiger Faktor für den Erfolg des Systems ist aus Sicht von Ralf Bungenstock die Robustheit. „Der Besitzer eines Elektrofahrzeugs möchte nicht nach 14 Tagen den Stecker wechseln müssen, weil die Kontakte verschlissen sind. Wir streben 10.000 Steck- und Zieh-Zyklen an. Das erreichen wir über speziell abgestimmte Oberflächen auf unseren Kontaktsystemen.“

Kein weltweiter Standard

Auch wenn das Combined-Charging-System nicht nur in Europa, sondern auch in den USA verfügbar sein wird, gibt es keinen weltweit einheitlichen Standard. „Es existieren sehr unterschiedliche Rahmenbedingungen, die zu den unterschiedlichen Lösungen geführt haben“, begründet Ralf Bungenstock die Entwicklung. So wird in den USA aufgrund der Verdrahtung in den Haushalten das einphasige Laden die weiteste Verbreitung finden. Die chinesische Lösung ist im AC-Bereich zwar stark an den Typ-2-Connector angelehnt, aber eben nicht vollständig identisch. „Vor zwei Jahren bekamen wir über unsere chinesische Tochterfirma die Anfrage, einen chinesischen Standard mit zu definieren“, erläutert Ralf Bungenstock die Hintergründe. „Wir haben damals die technischen Rahmenbedingungen in China analysiert und vorgeschlagen, sich am eu-ropäischen Standard zu orientieren.“ Aufgrund ähnlicher Leistungsdaten und eines ähnlich aufgebauten Stromnetzes eine sinnvolle Lösung. „Leider hat es zu einem späteren Zeitpunkt noch ein paar Veränderungen gegeben, die China nicht übernommen hat. Es gibt im Layout sehr viele Gemeinsamkeiten, auf der technischen Ebene aber doch einige Unterschiede.“ Aber auch innerhalb Europas besteht noch die Gefahr, beim Überschreiten von Ländergrenze auf andere Standards zu treffen. „Der Typ-2-Verbinder ist in Europa eigentlich gesetzt“, so Ralf Bungenstock. „Es gibt allerdings in Italien und Frankreich einen Typ-3-Steckverbinder, der anders aufgebaut ist. Das hängt mit den länderspezifischen Normen zusammen. Wir gehen allerdings davon aus, dass sich Typ 2 durchsetzt.“

Tauschen statt laden

Neben der Ladesäulen-basierten Infrastruktur ist Phoenix Contact auch an einer Alternative beteiligt, die vor allem für Nutzfahrzeuge interessant ist: Das so genannte Battery Swapping. Statt die vorhandene Batterie aufzuladen, wird bei Bedarf die Batterie komplett ausgetauscht. In China ist dieses System bei Bussen schon seit einiger Zeit im Einsatz – mit DC-Steckverbindern von Phoenix Contact. „In einem Bus befinden sich neun Batteriezellen, die Reichweite beträgt damit etwa 120Kilometer“, beschreibt Ralf Bungenstock das Projekt. „Im Busdepot werden dann nach einer Tour über ein automatisiertes System sämtliche Batterien ausgetauscht – innerhalb kürzester Zeit.“ Die Busse fahren auch längst nicht mehr im Versuchsbetrieb, sondern bedienen tatsächlich das öffentliche Verkehrsnetz. „Mittlerweile haben wir mit diesem System in China etwa 1,8 Millionen Kilometer zurückgelegt – ohne Problem“, sagt Ralf Bungenstock nicht ohne Stolz. Für PKWs wäre das Swapping-System zwar auch denkbar – und wird in Israel von der Firma Betterplace auch gerade eingeführt. Dass es sich global durchsetzt, glaubt Ralf Bungenstock eher nicht. Denn neben einer zusätzlichen Infrastruktur würde es die Fahrzeughersteller zwingen, weite Teile ihrer Fahrzeuge zu vereinheitlichen und sie in ihren Gestaltungsmöglichkeiten einschränken. „Bei Nutzfahrzeugen, Flurförderfahrzeugen oder auf dem Flughafenvorfeld ist die Situation etwas anders“, so Ralf Bungenstock. „Hier ist der Batteriewechsel ein gangbarer Weg. Wir haben inzwischen viele Anfragen zu solchen Batteriewechselsteckverbindern, die natürlich auch in ganz anderen Leistungsbereichen angesiedelt sind. Wir sprechen hier über etwa 300kW Leistung, die übertragen werden kann.“

Elektromobilität im Schaufenster

Um die Elektromobilität in Deutschland voranzubringen, hat die nationale Plattform Elektromobilität so genannte Schaufensterprojekte ausgeschrieben, in denen regional die Möglichkeiten des elektrischen Fahrens präsentiert werden sollen. Ab Herbst 2012 wird hier mit dem Ausbau der Infra-struktur begonnen, so dass man überall eine Ladestation fin-den kann. Natürlich werden hier auch Produkte von Phoenix Contact zum Einsatz kommen. „Es wird die unterschiedlichs-ten Systeme geben“, so Ralf Bungenstock. „AC-Laden, DC-Laden – es wird alles vertreten sein.“ Von den Automobilherstellern werden Fahrzeuge zur Verfügung gestellt, die dann von den Verbrauchern in der jeweiligen Region genutzt werden können. „Auf diese Weise wird man eine Menge Erfahrungen sammeln“, ist Ralf Bungenstock überzeugt. „Aber man wird auch die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen stark voranbringen können.“ Allerdings zweifelt er selber nicht an dieser Akzeptanz. „Wenn die ersten Fahrzeuge serienreif am Markt verfügbar sind – und das zu einem Preis, der in ähnlichen Regionen angesiedelt ist wie heute bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor – wird es einen ziemlichen Hype geben.“ Durch die zum Teil recht futuristischen Designs der Elektrofahrzeuge sieht Ralf Bungenstock gerade auch jüngere Menschen als Zielgruppe – das Elektrofahrzeug als Lifestyle-Produkt. Bis es soweit ist, muss aber noch ein Hauptproblem gelöst werden: die Batterie. „Die Batterie ist der Hauptkostenfaktor – die Elektromotoren sind teilweise kostengünstiger als heutige Verbrennungsmotoren“, erklärt Ralf Bungenstock. Gleichzeitig ist es die Batterie, die die Reichweite bremst. Mehr als 100, 120 Kilometer sind heute nicht möglich. Da muss man aus Sicht von Ralf Bungenstock einfach die technologische Entwicklung abwarten. Und möglicherweise wird sich mit Einführung des Elektrofahrzeugs auch das Fahrverhalten grundsätzlich ändern.

Mit allen Seiten in Kontakt

Egal, wie die Entwicklung auch aussehen wird: Bei Phoenix Contact ist man in nahezu alle Entwicklungen involviert und auf alles vorbereitet. „Das Schöne ist, dass wir mit beiden Seiten im Gespräch stehen: mit der Automobil-Industrie und mit der Infrastrukturseite“, erklärt Ralf Bungenstock. „So können wir die Synergien schaffen, die notwendig sind, damit die Elektromobilität die nötige Akzeptanz findet. Es muss kinderleicht sein, die Systeme müssen sehr sicher und zuverlässig sein – und genau daran arbeiten wir.“

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