Ladeinfrastruktur und E-Ladestationen Auswahl von Displays: Die wichtigsten Anforderungen im Überblick

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Für die Verbreitung der Elektromobilität ist eine gut ausgebaute Ladeinfrastruktur notwendig. Für Europa wird bis 2030 ein Bedarf von 3,6 Mio. öffentlichen Ladestationen prognostiziert. Was bei der Auswahl von Displays für die Ladesäulen zu beachten ist.

Für die Kommunikation zwischen Ladestation und Elektrofahrzeug hat Codico unter anderem eigene PLC-Module entwickelt. Das Display in der Ladestation spielt dabei eine wichtige Rolle als Schnittstelle zwischen Benutzer und Ladesäule. Hier kommt es vor allem auf die Benutzerfreundlichkeit an. Ein Charger kann einfach und kostengünstig gestaltet werden. LED-Beleuchtungsmodule und eine App auf dem Smartphone reichen für die Kommunikation aus. Aber erst ein Display erhöht den Bedienkomfort. Displays finden sich vor allem bei DC-Ladestationen. Diese sind größer und laden schneller, da die Batterie im Fahrzeug direkt geladen wird.

Das Display ist ein Muss und dient zur Anzeige des Ladezustands, der Ladedauer, der Restlaufzeit und des Batteriezustands. Inzwischen gibt es auch bei Wechselstrom-Ladern eine verstärkte Nachfrage nach digitalen Anzeigen. Diese Ladestationen sind kleiner und meist als Wallbox ausgeführt. Sie laden langsamer, da sie den im Fahrzeug vorhandenen On-Board Charger für die Umwandlung von AC in DC nutzen. Gemäß der EU-Verordnung 2014/94/EU müssen alle öffentlich zugänglichen Ladestationen über eine Anzeige verfügen, wie sie analog auch für die herkömmliche Zapfsäule gilt.

Die Kriterien für die Displays in den Ladestationen

Die vielen Möglichkeiten und Optionen, die der Displaymarkt bietet, erschweren es oft, sich für das richtige Display zu entscheiden. Schnell stellt sich die Frage, welches Display am besten zu den eigenen Anforderungen passt. Im Folgenden geben wir einige Denkanstöße, die bei der Entscheidungsfindung helfen sollen:

Die Größe hängt im Wesentlichen davon ab, welcher Zweck erfüllt werden muss. Bleiben wir bei DC-Ladern. Die Ladesäulen sind größer, daher macht es auch Sinn, Anzeigen in einem passenden Format zu verwenden. Die häufigsten Diagonalen bei den Displays sind 7 und 10,1 Zoll, wobei aber auch in einigen Anwendungen alternative Abmessungen zu finden sind. Will man verstärkt auf Werbung setzen und damit mehr auf dem Display darstellen – ein Ladevorgang dauert doch etwas länger – dann geht es in Richtung 15 oder 15,6 Zoll, vielleicht auch 21,5 Zoll. Größere Displays können mehr Information darstellen und geben der Ladestation ein ansprechendes Aussehen.

Bei AC-Ladern werden Displays mittlerweile ebenfalls zum Standard. Einerseits müssen die Stationen eichrechtskonform sein, damit sie die abgegebene Energiemenge anzeigen und andererseits kann ein Display das Erscheinungsbild positiv beeinflussen. Die Anzeigen sind bei Wallboxen kleiner. Zum Einsatz kommen OLED Displays oder kleine TFTs.

Optische Eigenschaften: Große Ladestationen stehen im Freien. Eine gute Ablesbarkeit auch bei Sonneneinstrahlung ist daher unerlässlich. Dies wird durch sehr helle Displays erreicht, typisch sind Werte von 1.000 cd/m², aber auch bis zu 2.000 cd/m² sind durchaus empfehlenswert. Auch die Einbaulage kann dazu beitragen. Wird die Anzeige schräg in die Ladesäule eingebaut, wird das Display ähnlich wie bei Armaturenbrettanzeigen abgeschattet und ist besser sichtbar.

Unerwünschte Reflexionen vermeiden

Die zusätzliche Verwendung von optischem Bonding zahlt sich ebenfalls aus. Unerwünschte Reflexionen, die beim Air-Bonding durch den Luftspalt entstehen, werden vermieden. Das Bild ist bei hellen Umgebungsbedingungen deutlich besser. Eine Oberflächenbeschichtung der Frontscheibe kann ebenfalls zur Verbesserung der Lesbarkeit beitragen. Die entspiegelte Oberfläche streut das einfallende Licht und sorgt dafür, dass der Bildinhalt lesbar bleibt, auch wenn der Kontrast etwas abnimmt.

Bei einer Antireflexbeschichtung (AR) wird das einfallende Licht nur in einem Winkel reflektiert, es entsteht ein heller Fleck, der Rest bleibt klar und deutlich sichtbar. Welche Technik zum Einsatz kommt, bleibt dem Designer überlassen. Kleinere Ladestationen, wie sie inzwischen in Parkhäusern zu finden sind, sind schon aufgrund ihrer Lage weniger anfällig. Hier genügen Leuchtdichten von ungefähr 500 cd/m² und es kann auf weitere Maßnahmen zur Verbesserung der Lesbarkeit verzichtet werden.

Helle Displays mit der IPS-Technik

Schließlich spielt auch die verwendete Displaytechnologie eine wichtige Rolle. Die besten Ergebnisse lassen sich mit IPS-Displays (In-Plane-Switching) erzielen. Hervorragende Blickwinkel sowohl horizontal als auch vertikal, hoher Kontrast und schnelle Reaktionszeiten sind die Hauptmerkmale.

MVA- (Multi-Vertical-Alignment-)Displays können mit ähnlich guten Eigenschaften aufwarten. Die kostengünstigste Variante ist die TN- (Twisted-Nematic-)Technologie. Die Blickwinkel sind nicht so groß wie bei den beiden vorgenannten Technologien, lassen sich aber mithilfe eines speziellen Polarizers (O-Film) verbessern. Leider leidet die Helligkeit und nimmt ab. Will man das nicht in Kauf nehmen, sollte man auf den Blickwinkel achten (6 Uhr gegenüber 12 Uhr).

Das Temperaturverhalten und die Bedienung des Displays

Ein weiterer wichtiger Punkt ist der Betriebstemperatur. Steht die Ladestation im Freien, kann das Display im Sommer schnell heiß und im Winter entsprechend kalt werden. Temperaturen von 80 oder -30 °C, in manchen Regionen sogar bis zu -40 °C, können erreicht werden. Es ist daher notwendig, Displays auszuwählen, die diesen Temperaturen standhalten.

Der Wärmeeintrag von außen kann durch einen IR-Sperrfilter (Wärmeabsorptionsfilter) reduziert werden, so dass das Display nicht zusätzlich belastet wird. Es muss auf das Wärmemanagement der Ladestation selbst geachtet werden, um das Display nicht zusätzlich durch interne Abwärme aufzuheizen. OLED-Displays sind klar im Vorteil, da ihr Betriebstemperaturbereich von -40 bis 70 oder 80 °C und teilweise sogar bis 105 °C reicht.

Die meisten LC-Displays liegen bei -20 bis 70 °C, einige Typen erreichen -30 bis 80 °C. Eine Rolle spielt auch die Belastung durch UV-Strahlung. Bei längerer Einwirkung von UV-Licht müssen Gegenmaßnahmen getroffen werden wie beispielsweise UV-Filter. Das Bedrucken einer Frontscheibe sollte mit keramischen Farben erfolgen, da sich organische Farben ablösen können.

Touchdisplay bei der Ladestation

Die Bedienung einer Ladestation kann zwar auch über Knöpfe und Taster erfolgen, aber der Stand der Technik ist ein Touchscreen. Resistive Touchscreens sind für diese Anwendungen allerdings nicht zu empfehlen. Sie sind kostengünstig, können aber leicht beschädigt werden. Bleibt der projizierte kapazitive Touch. Die Bedienung erfolgt intuitiv, ob als Single- oder Multi-Touch.

Wichtig ist, dass der Touch an bestimmte Gegebenheiten angepasst werden kann oder sich automatisch anpasst. Bei Ladesäulen im Freien darf Wasser keine unbeabsichtigten Funktionen auslösen. Ein Arbeiten bei Berührung mit dünnen Handschuhen sollte gewährleistet sein. Beides zusammen ist nicht einfach zu realisieren. Entscheidend ist die Wahl des richtigen Touch-Controllers.

Ein Blick auf die Mechanik und den elektrischen Anschluss

Geräte im öffentlichen Raum müssen auch Beschädigungen und Vandalismus standhalten. Für das Display bedeutet dies, dass Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden müssen, um dies zu verhindern. Ein dickes Frontglas, hinter dem sich Touch und Display befinden, ist die gängigste Methode.

Je nach Anforderung kann die Dicke zwischen 3 mm und 10 mm liegen. Optisches Bonding hilft zusätzlich, die gesamte Displayeinheit stabiler zu machen. Das Glas kann daher etwas dünner gewählt werden, ohne Einbußen bei der Festigkeit hinnehmen zu müssen. Chemisch oder thermisch vorgespanntes Glas ist ein zusätzlicher Sicherheitsfaktor.

PMMA, besser bekannt als Plexiglas, als Frontscheibe ist zwar biegsam und bricht schwer, hat aber den Nachteil, dass es leicht zerkratzt werden kann. Und wer will schon sein Fahrzeug an einer Ladesäule mit unschönem Display aufladen. Hier ist Glas wesentlich robuster.

Die Montage eines Displays

Auch die Montage in ein Gehäuse will gut überlegt sein. Der Einbau kann von vorne oder von hinten erfolgen. Es ist darauf zu achten, dass dies wasserdicht geschieht und die Elektronik in der Ladesäule geschützt ist. Meist ist IP65 anzuwenden. Die Verwendung von Industrieklebebändern oder speziellen Industrieklebern ist vorgeschrieben. Bei Wallboxen und kleineren AC-Ladegeräten steht eher das Design im Vordergrund. Hier kann es vorkommen, dass aufgrund der besonderen Form ein komplett kundenspezifisches Display inklusive Touch und Frontglas entwickelt wird.

Betrachtet man das Display als solches, erfolgt die Kommunikation bei den am häufigsten verwendeten Größen von 7 bis 21,5 Zoll über die LVDS-Schnittstelle. Die Vorteile liegen auf der Hand: differentielle Signale – also wenig störanfällig; lange Leitungen, einige Meter sind möglich – Display und Rechner können also weit voneinander entfernt sein; geringer Stromverbrauch; geringe Anzahl von Leitungen.

Andere Schnittstellen wie RGB oder MIPI werden ebenfalls verwendet, sind aber noch nicht so weit verbreitet. HDMI stellt in gewisser Weise eine eigene Variante dar. Die Schnittstelle ist standardisiert und es lässt sich beispielsweise ein Box-PC anschließen, der Steuerungsaufgaben übernimmt. Auf Seiten des Displays ist ein entsprechendes Adapterboard notwendig, um die HDMI-Signale auf die jeweilige Displayschnittstelle umzusetzen.

Das Display direkt an den Einplatinenrechner

Ist bereits zusätzliche Elektronik auf der Displayseite vorhanden, ist der Weg zu einer höheren Integration nicht mehr weit. Es gibt Displays, die den direkten Anschluss eines Einplatinenrechners wie eines Raspberry-Pi-Moduls erlauben. Das Display erhält zusätzliche Intelligenz, beispielsweise kann das GUI (Graphical User Interface) dort abgelegt werden und belastet nicht den für die Ladeelektronik zuständigen Rechner. Diese kann dadurch kostengünstiger realisiert werden.

Geht man in diese Richtung weiter, kommt man zum Smart Display. Die Intelligenz wird in das Display verlagert, die für das Gesamtsystem notwendige Rechenleistung wird verteilt. Das ermöglicht den modularen Aufbau eines Ladesystems. Die Verbindung zu anderen Modulen erfolgt über CAN-Bus oder RS485.

* Christian Forthuber ist Product Line Manager bei Codico.

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