IEC 62196

Gegenstand und Aufbau der Norm

IEC 62196 ist eine internationale Norm der International Electrotechnical Commission (IEC) für Stecker, Steckdosen, Fahrzeugkupplungen, Fahrzeugstecker und Lademodi zum konduktiven, also kabelgebundenen Laden von Elektrofahrzeugen. Sie ist wichtig, weil sie elektrische und mechanische Anforderungen festlegt und dadurch sichere, kompatible Ladeverbindungen ermöglicht. In Deutschland gilt sie als DIN EN 62196, in Österreich als ÖVE/ÖNORM EN 62196 und in der Schweiz als SN EN 62196.

Die Norm besteht aus mehreren Teilen: Teil 1 enthält allgemeine Anforderungen, Teil 2 behandelt Hauptmaße und Austauschbarkeit von Stift- und Buchsensteckvorrichtungen für Wechselstrom, und Teil 3 betrifft Fahrzeugsteckvorrichtungen für Gleichstrom sowie kombinierte Wechselstrom-/Gleichstromsysteme. Als letzte Ausgaben werden 2015-06 für Teil 1, 2017-11 für Teil 2 und 2020-03 für Teil 3 genannt. IEC TS 62196-4 für Steckverbindungen von Leichtelektrofahrzeugen erschien im Oktober 2022; Teil 1 lag 2022 in der 4. Ausgabe vor.

IEC 62196 übernimmt aus IEC 61851 das Prinzip eines Signalpins: Die Ladestation bleibt spannungslos, bis ein angeschlossenes Elektrofahrzeug erkannt wird. Während des Ladens kann das Fahrzeug nicht in Betrieb genommen werden. Dieses Sicherheits- und Steuerungsprinzip wurde unter anderem bei SAE J1772 in Nordamerika, CHAdeMO in Japan und dem europäischen Mennekes-System verwendet.

Lademodi

IEC 62196-1 gilt für Steckverbinder, Steckdosen, Buchsen und konfektionierte Kabel in kabelgebundenen Ladesystemen. Der spezifizierte Bereich reicht bei Wechselstrom bis 690 V, 50 bis 60 Hz und 250 A Nennstrom sowie bei Gleichstrom bis 600 V und 400 A. Die vier auf IEC 61851-1 beruhenden Lademodi unterscheiden sich vor allem durch Stromstärke, Signalisierung und Art der Ladeeinrichtung.

Mode 1 ist für langsames ein- oder dreiphasiges Wechselstromladen bis 16 A vorgesehen. Das Kabel führt die Phase beziehungsweise Phasen, den Neutralleiter und die Schutzerdung. Ein Pilotkontakt zur Ladefreigabe ist nicht zwingend erforderlich. Die zulässige Stromstärke muss auf Geräten angegeben sein; auch einfache Stecksysteme wie Schuko können verwendet werden.

Mode 2 erlaubt ein- oder dreiphasiges Laden bis 32 A. Die Signalisierung zum Fahrzeug verwendet feste Werte. Bei Industriesteckern nach IEC 60309 ergibt sich die Strombelastbarkeit auf der Netzseite aus der Gehäusegröße; Adapter für 16 A oder 32 A melden die Belastbarkeit im fahrzeugseitigen Stecker. Bei hohen Ladeleistungen über Schuko ist eine ICCB im Kabel erforderlich, welche die Mode-2-Signalisierung sicherstellt.

Mode 3 ist für das Laden mit speziellen Elektrofahrzeug-Stecksystemen und für Ströme bis 250 A bestimmt. Einfache Stecker mit Pilotkontakt können genutzt werden, begrenzen den Strom aber auf 32 A. Für höhere Ströme muss der passende Lademodus erkannt werden. Eine Pulsweitenmodulation kodiert den maximal zulässigen Ladestrom oder zeigt die Verfügbarkeit digitaler Kommunikation an. Digitale Kommunikation ermöglicht gesteuertes Laden, bei dem der Ladevorgang gezielt beeinflusst wird.

Mode 4 bezeichnet schnelles Gleichstromladen bis 400 A mit einem externen Ladegerät. Durch die Signalisierung bleiben nicht passende Ladestecker spannungsfrei.

Steckertypen für Wechselstrom

IEC 62196-1 verweist zunächst auf Industriestecker nach IEC 60309, die ebenfalls zum Laden von Elektrofahrzeugen verwendet wurden. IEC 62196-2 legt dagegen speziell für Fahrzeuge entwickelte Wechselstrom-Stecksysteme fest. Aufgenommen wurden drei Haupttypen: Typ 1 für einphasiges Laden nach SAE J1772/2009, Typ 2 für ein- und dreiphasiges Laden nach VDE-AR-E 2623-2-2 sowie Typ 3 für ein- und dreiphasiges Laden mit mechanischen Verschlüssen, sogenannten Shuttern, nach Vorschlägen der EV Plug Alliance.

Typ 1 beruht auf der 2009 verabschiedeten Überarbeitung des nordamerikanischen Standards SAE J1772. Der runde, von Yazaki entworfene Stecker besitzt fünf Kontakte: zwei für einphasigen Wechselstrom, einen Schutzkontakt und zwei mit IEC 61851-2001 beziehungsweise SAE J1772-2001 kompatible Signalkontakte. Wegen fehlender Drehstromkontakte wurde Typ 1 vom europäischen Automobilherstellerverband ACEA nicht als einheitliche europäische Lösung empfohlen.

Typ 2, häufig Mennekes-Stecker genannt, wurde aus Drehstromsteckern entwickelt. Gegenüber großen IEC-60309-Steckern wurde der Durchmesser auf 55 mm verkleinert; eine abgeflachte Seite schützt mechanisch vor Verpolung. Der Stecker verwendet für alle unterstützten Lademodi dieselbe Gehäusegröße. Er deckt einphasig 16 A bis dreiphasig 63 A ab, entsprechend 3,7 kW bis 43,5 kW, jedoch nicht das gesamte Mode-3-Spektrum bis 250 A. Die vorläufige deutsche Regel VDE-AR-E 2623-2-2 erschien im November 2009 und wurde später durch EN 62196-2:2012-11 ersetzt. Die ACEA empfahl im März 2011 Typ 2 in Mode 3; die Europäische Kommission legte ihn im Januar 2013 als gemeinsamen europäischen Standard fest. Für Länder mit vorgeschriebenem Berührungsschutz wurde eine Typ-2-Ausführung mit Shuttern entwickelt.

Typ 3 geht auf die 2010 gegründete EV Plug Alliance zurück. Typ 3A entsprach weitgehend einem Scame-Stecker für Leichtfahrzeuge; Typ 3C erhielt zusätzliche Kontakte für Drehstrom. Vorgesehen waren höchstens 32 A und mechanische Shutter gegen direkten Kontakt mit stromführenden Teilen. Nach der europäischen Festlegung auf Typ 2 verlor Typ 3 an Bedeutung. Die Produktion von Typ 3C wurde eingestellt; das Ende des Konsortiums wurde durch die Abmeldung seiner Domain im Frühjahr 2016 sichtbar.

Adapter können Ladestationen mit einem bestimmten Anschluss für andere Steckertypen nutzbar machen. Der Strom wird aber erst eingeschaltet, wenn ein IEC-61851-konformer Signalpin ein Fahrzeug meldet. Ohne ein IEC-62196-konformes Signal für einen höheren Lademodus bleibt der Strom auf 16 A begrenzt.

Signale, Ladefreigabe und Kabelerkennung

Alle Steckertypen nach IEC 62196-2 verwenden zwei Signalkontakte: CP (Control Pilot) steuert und überwacht den Ladevorgang, PP (Proximity Pilot) erkennt die Verbindung und die Belastbarkeit des Kabels. Sie ergänzen die Stromkontakte L1 bis L3, den Neutralleiter N und den Schutzleiter PE. Das grundlegende Protokoll kommt ohne Digitalelektronik aus.

Eine öffentliche Ladestation legt an CP eine Rechteckschwingung von 1 kHz und ±12 V an. Im Fahrzeug wird sie über einen Widerstand und eine Diode zum Schutzleiter PE zurückgeführt. Ein offener Stromkreis bedeutet Zustand A, „standby“. Ein Widerstand CP–PE von 2700 Ω meldet Zustand B, „vehicle detected“: Ein Mode-3-fähiges Fahrzeug ist erkannt, fordert aber noch keinen Strom an. 880 Ω bedeutet Zustand C, „ready (charging)“, also Ladebereitschaft. Bei 240 Ω gilt Zustand D, „with ventilation“; zusätzlich wird eine Lüftung verlangt. Über die Pulsweitenmodulation der CP-Rechteckschwingung teilt die Ladestation dem Fahrzeug ihre maximale Leistungsabgabe mit.

PP sichert die maximale Belastbarkeit des Kabels ab. Ein Widerstand zwischen PP und PE kodiert sie: 1500 Ω stehen für 13 A bei 1,5 mm² Leiterquerschnitt, 680 Ω für 20 A bei 2,5 mm², 220 Ω für 32 A bei 6 mm² und 100 Ω für 63 A bei 16 mm². Auch Adapterkabel können diese Widerstandskodierung verwenden.

Gleichstromladung und Combined Charging System

IEC 62196-3 behandelt die Gleichstromladung und kombinierte Wechselstrom-/Gleichstromanschlüsse. Eine deutsche DIN EN 62196-3 erschien im Juli 2012, die internationale Norm im Juni 2014; eine neue Ausgabe folgte im März 2020. Bereits vorhanden war CHAdeMO mit bis zu 500 V und 125 A. Dieses System basiert auf dem JARI-Level-3-Stecker und verwendet für die Kommunikation einen CAN-Bus statt des IEC-61851-Signalverfahrens.

Amerikanische und europäische Hersteller schlugen vor, Typ 1 beziehungsweise Typ 2 um zwei große Gleichstromkontakte zu erweitern. Daraus entstanden Combo1 und Combo2; ihre Gleichstromkontakte sind steckkompatibel. Die ACEA schlug 2011 Combo2 als einheitlichen fahrzeugseitigen Steckertyp vor. BMW, Daimler, Ford, General Motors und der Volkswagen-Konzern verständigten sich darauf, das Combined Charging System ab Mitte 2012 in Elektrofahrzeugen einzusetzen. Tesla verwendete beim Model S in Europa zunächst gleichstromfähige Anschlüsse in Typ-2-Geometrie, wechselte später für das Gleichstromladen aber zu Combo2.

Das Combined Charging System (CCS) unterstützt mit einer einzigen fahrzeugseitigen Buchse, dem Inlet, sowohl AC-Laden als auch DC-Laden. Es wurde von Phoenix Contact gemeinsam mit Volkswagen AG, Daimler AG und BMW Group entwickelt, im Oktober 2011 vorgestellt und war ab Mitte 2013 einsatzreif. Eine mechanische Verriegelung verhindert, dass der Stecker vor dem Ende des Ladevorgangs unbefugt herausgezogen wird. CP und PP ermöglichen die Kommunikation und Steuerung. Die größer ausgeführten DC-Kontakte erlauben Ströme bis 200 A; standardisiert werden bis zu 125 A bei bis zu 850 V Nennspannung. Für den AC-Teil Typ 2 werden 480 V und höchstens 63 A genannt, für den DC-Teil 850 V und höchstens 125 A. Im gesteckten Zustand gilt mindestens IP44, ungesteckt mindestens IP20/IPXXB und für das abgedeckte Inlet mindestens IP55.

Die erste öffentliche CCS-Ladestation mit 50 kW Gleichstrom wurde im Juni 2013 in Wolfsburg für Tests des VW e-up! errichtet. Zwei Wochen später eröffnete BMW in München eine Station für den BMW i3. CCS konkurriert mit CHAdeMO. Vertreter beider Seiten erklärten im Juni 2013 jedoch, Mehrstandard-Schnellladestationen seien möglich: Die Zusatzkosten für ein weiteres Ladeprotokoll wurden mit 5 % angegeben, sodass Stationen sowohl CHAdeMO- als auch Combo2-Fahrzeuge bedienen können.