Die spezifischen Anforderungen von E-Fahrzeug-Ladestationen

Der Leistungsteil

Der Wirkungsgrad, mit dem der netzseitig zugeführte Wechselstrom in den notwendigen Gleichstrom zum Laden der Batterie umgewandelt wird, gehört zu den entscheidendsten Aspekten der Leistungsstufe einer Ladestation. Es kommt deshalb darauf an, die effizienteste Umwandlungs-Topologie für die übliche Nutzungsweise der jeweiligen Ladestation zu finden. Bei anspruchsvollen Ladestationen des Levels 3 kommen geschaltete Gleichrichter, Vienna-Gleichrichter, versetzt arbeitende PFC-Wandler (Power Factor Correction) oder Boost-Wandler im nicht-lückenden Betrieb (Continuous Conduction Mode – CCM) zum Einsatz. Als weiterer Gesichtspunkt kommt hinzu, wie schnell Energie aus dem Netz bezogen und in die Batterie transferiert werden kann. Dies macht in der Regel eine dreiphasige Leistungswandlung erforderlich.

In vielen Fällen ist ein dreiphasiger Vienna-Gleichrichter die richtige Topologie für ein schnelles EVSE des Levels 3. Man findet Vienna-Gleichrichter in Stromversorgungen für die Telekommunikation, unterbrechungsfreien Stromversorgungen und Umrichtern für Wechselstromantriebe. Es handelt sich hier um einen unidirektionalen, dreiphasigen Pulsweitenmodulations-Gleichrichter (PWM). Verglichen mit einem als Aufwärtswandler konstruierten PWM-Gleichrichter ist die Vienna-Topologie um den Faktor 2 effizienter, und sie überzeugt außerdem durch ein weniger komplexes Regelverfahren. In einigen Fällen konnte Vienna-Gleichrichtern ein Wirkungsgrad von mehr als 98 % bescheinigt werden.

Benutzeroberfläche

Die Benutzeroberfläche einer Ladestation kann unterschiedlich aufwändig ausgeführt sein – von einigen LED-Anzeigeleuchten bis zu einem vollwertigen grafikfähigen Touchscreen. Erstere Variante kann sich für einfachere Ladeschaltungen (z. B. für den Einsatz in privaten Garagen) eignen. Die Endanwender erwarten allerdings mit der Zeit immer mehr Informationen, Daten und Analysen über ihre Batterie und den Ladevorgang.

Die letztere Variante, also der vollwertige grafikfähige Touchscreen, wird zweifellos an Verbreitung gewinnen, wenn im Zuge des Ausbaus der öffentlichen Infrastruktur für Elektrofahrzeuge ausgefeilte Schnellladestationen in Betrieb genommen werden. Ein sehr bedeutsames Element im Rahmen dieses Ausbaus ist die Forderung nach einer sicheren Bezahlmöglichkeit mithilfe verschiedener Bezahlsysteme. Der Touchscreen könnte so weiterentwickelt werden, dass er sich für fortschrittliche Video-, Grafik- und Digital-Signage-Displays während der Schnellladezyklen eignet.

Bei der Implementierung einer grafischen HMI ist zu berücksichtigen, auf welcher Art von Prozessor das Subsystem laufen wird. Die skalierbare Leistungsfähigkeit einiger Multicore-Prozessoren trägt nicht nur den HMI-Anforderungen von Schnellladestationen Rechnung, sondern erlaubt auch eine Aufwertung des Subsystems, wenn neue Features und Funktionen nachgefragt werden. Für die Verbraucher sind natürlich die kapazitiven Touchscreens zur normalen Interaktionsmöglichkeit geworden.

Als künftige Features und Funktionalitäten können beispielsweise ein Kreditkartenleser, ein Rechnungsstellungs-System oder ein Video-Feed für Werbung hinzukommen. Einige Technologieanbieter bieten eine ganze Reihe an Prozessoren. Systemdesigner können sich also für den Baustein entscheiden, der jetzt die richtige Performance bietet, und haben dabei die Gewähr, dass sich die Performance problemlos und mit nur sehr geringen Auswirkungen auf das Hard- und Softwaredesign skalieren lässt.

Die Programmierbarkeit des HMI-Prozessors und die ihn begleitenden Softwareentwicklungs-Tools sind von elementarer Bedeutung für die Entwicklung einer effektiven grafischen Touchscreen-Benutzeroberfläche. Einige Multicore-Prozessoren enthalten Grafikbeschleuniger und vorprogrammierte Touchscreen-Features, mit denen sich die Entwicklungszyklen drastisch verkürzen.

Das Thema Security ist selbstverständlich ein immerwährender Aspekt für praktisch alle elektronischen Systeme, und die Benutzeroberfläche kann ein besonders anfälliger Angriffspunkt sein. Wirkungsvolle, hardwarebasierte Security-Features sind praktisch unerlässlich, um das in einem System enthaltene geistige Eigentum ebenso zu schützen wie die finanziellen Informationen, die während der Transaktionen an einem Bezahlterminal ausgetauscht werden.

(ID:45171599)