La soluzione che fa la differenza

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Presentiamo gli ultimi sviluppi nella progettazione delle porte di ricarica per veicoli elettrici con funzionalità intelligenti e monitoraggio diretto degli sportelli di carica

Fin dagli albori dell’industria automobilistica, la sicurezza è stata un aspetto fondamentale della progettazione dei veicoli. I sistemi a bordo dei veicoli che interagiscono direttamente con i passeggeri, come gli airbag e le cinture di sicurezza, sono incredibilmente importanti per garantire la nostra sicurezza quando viaggiamo. Ma i sistemi di sicurezza dei veicoli vanno ben oltre queste misure dirette ed evidenti. I display e gli indicatori degli strumenti forniscono informazioni chiave sullo stato del veicolo e sull’eventuale presenza di guasti. Con la transizione del settore verso i veicoli elettrici (EV) ha avuto luogo un’intensa attività di riprogettazione del sistema di alimentazione e del gruppo di propulsione dei veicoli. Questa riprogettazione porta con sé una serie di nuovi requisiti che interessano la strumentazione a bordo, e nello specifico i sistemi di indicazione di stato e di sicurezza, che sono indispensabili per garantire sia la sicurezza del conducente sia per tenerlo aggiornato sulle informazioni essenziali, come lo stato di carica e l’autonomia residua del veicolo. Di conseguenza, i produttori stanno ora riprogettando i sistemi dei veicoli che sono rimasti in gran parte inalterati per decenni. Si prefiggono lo scopo di integrare nuove funzionalità per garantire la sicurezza funzionale e per migliorare l’esperienza dell’utente finale, il tutto riducendo al minimo il potenziale aumento della complessità dei sistemi elettronici.

Dal punto di rifornimento di carburante alla porta di ricarica

Per un veicolo alimentato con motore a combustione interna (ICE), il punto di rifornimento del carburante è stato un elemento progettuale costante e necessario. Anche la posizione del punto di rifornimento sul veicolo è in larga misura fissa, a causa dei requisiti del serbatoio del carburante e della distribuzione del peso del veicolo che ne determinano in pratica la posizione. Con i veicoli elettrici, la distribuzione del peso e i vincoli di packaging dei componenti sono notevolmente diversi, e avere una distanza superiore tra la porta di ricarica e il pacco batteria è relativamente semplice rispetto ad avere un lungo tubo del carburante che corre tra lo sportello di rifornimento del carburante e il serbatoio. Questo sviluppo ha fornito ai progettisti una maggiore libertà, consentendo loro di collocare il punto di ricarica in una posizione ergonomicamente più favorevole, come la parte anteriore del veicolo. Un simile posizionamento è in grado di allinearsi efficacemente con le stazioni di ricarica per veicoli elettrici situate all’ingresso dei parcheggi.

Un nuovo elemento nella progettazione dei veicoli

Le porte di ricarica svolgono un ruolo fondamentale nel funzionamento dei veicoli elettrici. Sono soggette a un utilizzo frequente e devono possedere sia affidabilità operativa sia capacità di trasmettere lo stato di carica all’utente. Per soddisfare questo requisito, un numero crescente di case automobilistiche ha iniziato a utilizzare i LED nelle vicinanze o nell’intorno del punto di ricarica (figura 1). Queste luci vengono utilizzate per indicare lo stato di carica e per mostrare qualsiasi potenziale stato di errore attraverso l’illuminazione statica o dinamica di base. Ciò fornisce una chiara indicazione in corrispondenza del punto di connessione per l’utente finale, consentendo a quest’ultimo di visualizzare rapidamente il livello della batteria o l’eventuale presenza di un rischio. L’elettrificazione del gruppo propulsore ha aumentato significativamente la complessità della progettazione del veicolo, rendendo necessarie funzionalità aggiuntive nei progetti più recenti di porte di ricarica. Ciò include il monitoraggio dello stato degli sportelli di carica e il rilevamento della temperatura dei connettori ad alta tensione.

Una risposta alle esigenze dei più recenti modelli di porte di ricarica

Le porte di ricarica per veicoli elettrici sono tra le applicazioni proposte da una delle ultime soluzioni di Melexis. Il nuovo MLX81118 è un driver LED integrato (IC) intelligente a 24 canali con un’interfaccia di rete di interconnessione locale (LIN). Il dispositivo è conforme allo standard Asil (ISO 26262) e supporta l’integrazione di sistema fino al livello Asil B, che soddisfa i requisiti di sicurezza funzionale delle porte di ricarica dei veicoli elettrici. Con la sua unità intelligente a microcontrollore (MCU) e la memoria flash integrata, il driver MLX81118 offre un design flessibile a livello di sistema e comodi aggiornamenti delle funzioni. Il ruolo principale del circuito integrato è quello di fungere da driver LED, offrendo sorgenti di corrente programmabili con un massimo di 60 mA per canale lato basso (corrente LED massima di 1 A) e un PWM a 16 bit (500 Hz) per il controllo della luminosità. Il sistema fornisce supporto per l’illuminazione statica e l’animazione LED di base. Inoltre, ogni LED è completamente monitorabile e la sua temperatura può essere determinata misurando la tensione di soglia del LED (figura 2). È nella versatilità del prodotto che la funzionalità di questi dispositivi si differenzia dalle offerte esistenti. I dispositivi mettono a disposizione 24 canali in grado di pilotare un LED RGB e/o monocolore, un numero superiore rispetto alla maggior parte dei tipici driver LED per automotive progettati per le porte di ricarica. Inoltre, questi canali possono anche essere configurati come canali di ingresso/ uscita per uso generico (Gpio). La funzionalità Gpio include caratteristiche come l’uscita di alimentazione a 5 V e 20 mA, il supporto alla comunicazione SPI/I2C, la funzione di riattivazione esterna e la possibilità di configurare i Gpio con il convertitore analogico/digitale (ADC) integrato. La presenza di questa struttura rende possibili una gamma più ampia di applicazioni con funzionalità avanzate e capacità di controllo localizzato, che va oltre la funzionalità convenzionale di un circuito integrato per LED.

Sviluppo di porte di ricarica più intelligenti

All’interno di un veicolo, la flessibilità di MLX81118 di Melexis può essere sfruttata dagli ingegneri per costruire porte di ricarica più intelligenti, senza aumentare in modo significativo il numero di componenti della distinta base (BOM). In un’installazione di un punto di ricarica, ad esempio, è possibile configurare l’ADC a 10 bit integrato sui Gpio, per misurare la temperatura dei sensori su uno o più connettori ad alta tensione della porta di ricarica. In un ambiente con requisiti di sicurezza funzionale, è imperativo conoscere la temperatura dei connettori di ricarica. Inoltre, il driver è dotato di un sensore di temperatura interno per integrare qualsiasi misura esterna e offre informazioni precise sulla temperatura ambiente della porta di ricarica. In questa configurazione, il driver MLX81118 è in grado di monitorare con precisione le informazioni sui sensori di temperatura esterni e di trasmetterle. Ad esempio, in caso di errore di sovratemperatura, è possibile ricorrere alla programmazione intelligente del circuito integrato per avvisare il conducente della presenza di calore eccessivo nella porta, potenzialmente attraverso l’uso di LED rossi lampeggianti. Allo stesso tempo, è possibile restituire queste informazioni ad altri componenti e controllori di dimensioni maggiori tramite l’interfaccia LIN o i canali Gpio configurati come interfaccia SPI o I2C. Oltre alle funzionalità legate alla temperatura, la flessibilità del driver MLX81118 può contribuire a migliorare altri aspetti della sicurezza delle porte di ricarica e l’esperienza dell’utente finale (figura 3). Un approccio conveniente per monitorare lo stato aperto o chiuso dello sportello di carica consiste nell’incorporare un sensore a effetto Hall con un magnete. Ad esempio, il driver MLX92292 di Melexis consente l’utilizzo di sensori di chiusura e di interruttori a effetto Hall. L’uscita del sensore a effetto Hall si collega ai Gpio del driver MLX81118, consentendo il monitoraggio della posizione dello sportello di carica da parte di un controllore BDC (Vehicle Body Domain Controller) tramite l’interfaccia LIN del driver LED. Ciò contribuisce a ridurre il numero di connessioni ai controllori BDC del veicolo, oltre a consentire modifiche nella posizione degli sportelli di carica per attivare direttamente i LED. Questa integrazione intelligente e la connessione diretta tra la posizione dello sportello e il driver LED possono essere utilizzate anche per realizzare funzionalità che migliorano l’esperienza dell’utente finale. Ad esempio, in condizioni di oscurità, sarebbe possibile configurare il driver MLX81118 in modo che, una volta aperto lo sportello e avendo rilevato una variazione del circuito dovuta allo stato di commutazione dell’IC MLX92292, i LED controllati posizionati intorno alla porta di ricarica si accendano. Allo stesso modo, i progettisti hanno la possibilità di incorporare ulteriori funzionalità intelligenti, come il lampeggio dei LED delle porte in modo distinguibile quando lo sportello di ricarica rimane aperto dopo aver scollegato il caricabatterie, riducendo così al minimo la probabilità di danni durante la guida. Un’altra possibilità consiste nel trasmettere lo stato di carica attraverso l’accensione di un numero variabile di LED o il loro cambiamento di colore. Rispetto alle installazioni convenzionali necessarie per eseguire tali funzioni, con il driver MLX81118 la logica e il controllo sono completamente gestiti dai componenti del punto di ricarica, con una conseguente riduzione del carico di elaborazione sui sistemi di controllo centralizzati o di zona del veicolo.

Conclusione

I progettisti automotive sono sempre alla ricerca di soluzioni intelligenti in grado di prendere decisioni a livello locale e di eseguire attività critiche per la sicurezza senza aumentare significativamente il numero di componenti o il carico di elaborazione. I LED sono diventati tra l’altro un aspetto importante dei progetti automotive, e consentono agli OEM di differenziare visivamente i propri modelli e di trasmettere informazioni importanti all’utente. Il driver MLX81118 è in linea con queste tendenze e offre un approccio innovativo alle installazioni a LED nelle porte di ricarica dei veicoli elettrici e oltre, con la flessibilità della soluzione che offre vantaggi anche per altre aree della progettazione dei veicoli e per mercati più ampi.

Melexis – www.melexis.com

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