Der größte Unterschied zwischen einer Tank- und einer Ladeklappe besteht in der Häufigkeit und dem Zeitpunkt der Nutzung. Während die Tankklappe durchschnittlich vielleicht ein- oder zweimal pro Woche auf- und zugemacht wird, passiert das bei der Ladeklappe täglich. Zu Beginn einer Fahrt wird das Ladegerät aus- und am Ende des Tages wieder eingesteckt. Wer viel unterwegs ist oder längere Fahrten unternimmt, muss die Klappe zudem zwischendurch zum Nachladen öffnen.
Der erste Eindruck zählt
In diesem Zusammenhang spielt noch ein anderer Aspekt eine Rolle. Bei einem Auto mit Verbrennungsmotor ist der erste Kontakt immer das Öffnen der Autotür und das Einsteigen in den Fahrersitz. Deshalb geben sich die Autohersteller große Mühe, dies zu einem positiven Erlebnis zu machen – schließlich gibt es keine zweite Chance für einen guten ersten Eindruck! Anders bei Elektroautos: Hier zieht der Fahrer vor dem Einsteigen besser zuerst das Ladekabel ab, sonst wird es eine kurze Fahrt. Damit wird die Ladeklappe zur Visitenkarte des Fahrzeugs. Autohersteller haben das erkannt und versuchen, das Ladeerlebnis möglichst positiv zu gestalten, insbesondere bei Fahrzeugen der gehobenen Klasse.
Dazu gehört zuallererst, dass der Ladeanschluss die Anforderungen an die Fahrzeugsicherheit erfüllt. Um die Nutzer und Nutzerinnen vor einem Stromschlag zu schützen, muss der Anschluss wasserdicht sein.
Feste Verbindungen sind entscheidend
Zudem muss der Stecker während des Ladevorgangs eingesteckt bleiben. Denn es gibt wohl kaum etwas Ärgerlicheres für E-Auto-Fahrende, als sich einem mutmaßlich voll aufgeladenen Fahrzeug zu nähern, um festzustellen, dass sich der Stecker gelockert oder jemand anderes ihn in der Zwischenzeit herausgezogen hat und das Auto nur teilweise aufgeladen ist. Deshalb ist die Verriegelung des Ladesteckers eines der wichtigsten Teile des Ladeanschlusses. Eine im Aktuator integrierte Elektronik steuert diesen Vorgang und ermöglicht, den aktuellen Zustand abzufragen.
Wird ein Stecker während des Ladevorgangs abgezogen, ist das jedoch nicht nur ärgerlich für den Fahrer oder die Fahrerin. Es kann auch die Ladeelektronik beschädigen und ein Lichtbogen entstehen lassen, der den Anschlussstecker zerstört oder zu Hautverbrennungen führt. Deshalb gilt für die Ladevorrichtung eine funktionale Sicherheitseinstufung nach ASIL, die Anforderungen für die behandelte Applikation können zwischen einem QM-Produkt und einem Produkt, das "ASIL B ready" Voraussetzungen hat, variieren.
Wichtige Komponenten
Alle Ladeanschlüsse erfordern mindestens zwei elektronische Komponenten, die in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor nicht erforderlich sind: einen Aktuator zur Verriegelung und einen Steckersensor.
Die sichere Verriegelung des Ladesteckers erfolgt durch die Bewegung eines Metallstifts im Inneren der Ladebuchse über einen elektrischen Aktuator. Zur Ansteuerung der Motoren, die solche Stifte bewegen, bietet TDK mit der HVC 4x-Familie verschiedene integrierte Arm®-Cortex®-M3-Motorcontroller-ICs an. Sie sind in der Lage, Gleichstrom-, BLDC- und Schrittmotoren anzusteuern, während sie an einen LIN-Bus (Automotive-Version) angeschlossen sind. Sechs Motorausgänge ermöglichen die Steuerung von bis zu drei unabhängigen Gleichstrommotoren, z. B. zum Verriegeln von Stecker und Ladeklappe oder auch zum elektrischen Öffnen der Ladeklappe. Sieben Allzweck-IO-Pins lassen sich zum Steuern von Warn- und Lade-LEDs und zum Anbinden von Sensoren nutzen, wie z. B. dem Sensor, der sicherstellt, dass der Verriegelungsstift wirklich in den Stecker eingesteckt ist.
Diese Sicherheitsüberprüfung kann auch mittels Hall-Effekt-Sensor gelöst werden. Hierfür finden sich im TDK-Portfolio mehrere 3D-Positionssensoren, z. B. der Micronas HAC 373x oder der HAC 3930. Sie können entweder die Rotation eines Zahnrads (in Kombination mit einem Magneten) oder direkt die lineare Bewegung des Sperrbolzens (zusammen mit einem angebrachten Magneten) messen. Beide sind ASIL B ready gemäß ISO 26262 und daher für Anwendungen geeignet, die ASIL-B-Anforderungen erfüllen müssen. Beide Sensoren unterstützen PWM- und SENT-Schnittstellen für die Kommunikation mit der integrierten Elektronik. Sie besitzen ein kleines, bedrahtetes Transistorgehäuse (TO92UF) mit integrierten Schutzkondensatoren, was eine kosteneffiziente Lead-Frame-Montage und damit auch kompaktere Aktuatoren ermöglichen.
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