Entwicklung der Fahrzeugsicherheit mit intelligenter Ladeanschlussfunktionalität und direkter Klappenüberwachung
Der Übergang zu Elektrofahrzeugen ist in vollem Gange, da Hersteller ständig neue Modelle einführen. Dennoch sind Elektrofahrzeuge im großen Kontext der menschlichen Mobilität immer noch eine relativ neue Technologie. Sie hatten noch nicht Jahrzehnte Zeit, sich weiterzuentwickeln und zu verbessern, wie es ihre Vorfahren mit Verbrennungsmotoren zuvor hatten. Sicherheit, insbesondere im Zusammenhang mit Hochvoltbatterien, Ladegeräten und zugehörigen Komponenten, ist ein entscheidender Faktor. Dieser Artikel beleuchtet den Melexis MLX81118, einen 24-Kanal-IC-LED-Treiber für zuverlässige, intelligente und leistungsfähige Ladeanschlüsse von Elektrofahrzeugen. Im Bereich des Automobildesigns ist Sicherheit vielleicht der wichtigste Einzelaspekt. Ein Fahrzeug mag optisch ansprechend, preislich attraktiv oder leistungsstark sein, aber wenn es nicht sicher oder zuverlässig ist, hat es keinen Platz auf dem Markt und stellt eine Gefahr für die Verbraucher dar. Sicherheitseinrichtungen wie Airbags und Sicherheitsgurte, die direkt mit den Insassen interagieren, sind unerlässlich für die Fahrzeugsicherheit. Dennoch entwickeln sich Fahrzeugsicherheitssysteme kontinuierlich weiter, um den wachsenden Anforderungen der Branche gerecht zu werden, und gehen über direkte und offensichtliche Maßnahmen hinaus. Komponenten wie Instrumentendisplays und Anzeigen spielen ebenfalls eine wesentliche Rolle für die Fahrzeugsicherheit, da sie entscheidende Informationen über den Fahrzeugstatus liefern und potenzielle Fehler erkennen. Der Übergang zu Elektrofahrzeugen (EVs) in der gesamten Branche hat eine umfassende Neugestaltung von Fahrzeugenergiesystemen und Antriebsmechanismen ausgelöst. Mit dieser Neugestaltung gehen neue und umfangreiche Anforderungen an die Fahrzeuginstrumentierung einher. Diese Anforderungen sind entscheidend, um die Sicherheit des Fahrers zu gewährleisten und ihn über wesentliche Details wie den Ladezustand der Batterie und die verbleibende Reichweite zu informieren. Hersteller überarbeiten Fahrzeugsysteme, die seit Jahren unverändert geblieben sind, was die Notwendigkeit neuer und innovativer Lösungen schafft, die nicht nur die Sicherheitsanforderungen erfüllen, sondern auch eine verbesserte Funktionalität bieten, die das Benutzererlebnis steigern kann. Melexis steht an der Spitze dieses Vorhabens und entwickelt hochmoderne Lösungen, die die herkömmliche Definition eines Fahrzeugsicherheitssystems neu herausfordern.
Raus mit dem Tankstutzen, rein mit dem Ladeanschluss
Der Kraftstofffüllpunkt war stets ein wesentliches Designelement für Fahrzeuge, die von Verbrennungsmotoren (ICE) angetrieben werden. Aufgrund der Anforderungen des Fahrzeugkraftstofftanks und der Gewichtsverteilung blieb die Position des Füllpunktes am Fahrzeug weitgehend unverändert. Elektrofahrzeuge (EVs) weisen im Vergleich zu traditionellen Fahrzeugen erhebliche Unterschiede in der Gewichtsverteilung und bei Platzierungsbeschränkungen auf. Ein bemerkenswerter Vorteil besteht darin, dass es relativ einfacher ist, eine größere Entfernung zwischen Ladeanschluss und Batteriepack zu haben, im Gegensatz zur Herausforderung, einen langen Kraftstoffschlauch zwischen einer Tankklappe und einem Tank zu führen. Dieser Fortschritt ermöglicht es Designern, die Position des Ladepunktes für eine bessere Ergonomie flexibler zu gestalten. Ein hervorragendes Beispiel ist die Platzierung des Ladeanschlusses an der Vorderseite des Fahrzeugs, die praktischerweise der Position von Ladepunkten für Elektrofahrzeuge entspricht, die sich an der Vorderseite von Parkplätzen befinden.
Den Anforderungen der neuesten Ladeanschluss-Designs gerecht werden
Mit umfangreicher Erfahrung und einer breiten Produktpalette genießt Melexis hohes Ansehen im Markt für LED-Treiber im Automobilbereich, und Ladestationen für Elektrofahrzeuge (EV) gehören zu den Anwendungen, die von den neuesten Lösungen ins Visier genommen werden. Die Funktionalität von Elektrofahrzeugen hängt stark von den Ladeports ab. Diese Geräte werden häufig genutzt und müssen sowohl zuverlässig in ihrer Funktion sein als auch den Ladestatus für den Benutzer anzeigen können. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, setzen immer mehr Automobilhersteller auf LED-Technologie in der Nähe des Ladepunkts. Diese Leuchten werden genutzt, um den Ladestatus darzustellen und potenzielle Fehler mittels statischer oder dynamischer Beleuchtung anzuzeigen. Durch eine klare Anzeige am Verbindungspunkt kann der Endnutzer den Batterieladestand leicht überprüfen oder potenzielle Risiken erkennen. Die Einführung von elektrischen Antriebssträngen hat das Fahrzeugdesign komplexer gemacht, was eine erweiterte Funktionalität bei der Gestaltung von Ladeports erfordert, wie z. B. Klappenüberwachung und Temperaturmessung von Hochspannungssteckverbindern. Das neue MLX81118 von Melexis ist ein intelligentes integriertes Schaltungs-LED-Treiber-IC (Integrated Circuit) mit 24 Kanälen, das entwickelt wurde, um die funktionalen Sicherheitsanforderungen der neuesten EV-Ladeports zu erfüllen (Abbildung 2). Es verfügt über eine Local Interconnect Network (LIN)-Schnittstelle und ist ASIL-konform (ISO 26262), wodurch die Systemintegration bis ASIL B unterstützt wird.
Abbildung 2: Melexis MLX81118 LED-Treiber-IC
Mit seiner intelligenten Mikrocontroller-Einheit (MCU) und integriertem Flash-Speicher ermöglicht der MLX81118 ein flexibles Systemdesign und die bequeme Aktualisierung seiner Funktionen. Die Hauptfunktion des ICs ist die eines LED-Treibers, der programmierbare Stromquellen mit bis zu 60mA pro Kanal auf der Low-Side (maximaler LED-Strom: 1A) und ein 16-Bit PWM (500 Hz) für die Helligkeitssteuerung bietet. Das System unterstützt statische Beleuchtung und grundlegende LED-Animationen. Jede LED ist vollständig diagnostizierbar, und ihre Temperatur kann durch Messung der LED-Schwellen-Spannung bestimmt werden (Abbildung 3).
Abbildung 3: Melexis MLX81118 Blockdiagramm und alternative GPIO-Funktionalität (Quelle: Melexis)
Was die Funktionalität hervorhebt, ist die Vielseitigkeit des Produkts. Im Gegensatz zu typischen LED-Treibern für Ladeanschlüsse in der Automobilindustrie bietet es 24 Kanäle zur Ansteuerung von RGB- und/oder einfarbigen LEDs. Darüber hinaus können diese Kanäle als General-Purpose-Input/Output (GPIO)-Kanäle konfiguriert werden. Mit der GPIO-Funktionalität stehen Ihnen ein 5V-Ausgang mit 20mA, Unterstützung für SPI/I2C-Kommunikation, eine externe Wake-Up-Funktion sowie die Möglichkeit zur Konfiguration von GPIOs mit dem integrierten Analog-Digital-Wandler (ADC) zur Verfügung. Das Vorhandensein dieser Funktion ermöglicht eine größere Bandbreite an Anwendungen mit verbesserter Funktionalität und lokalisierter Steuerfähigkeit und übertrifft die herkömmlichen Möglichkeiten eines LED-ICs.
Schaffung intelligenterer Ladeanschlüsse
Durch die Nutzung der Flexibilität von Melexis’ MLX81118 können Ingenieure intelligentere Ladeanschlüsse innerhalb eines Fahrzeugs entwickeln, ohne die Anzahl der Komponenten in der Stückliste (BoM) wesentlich zu erhöhen. In einer Anwendung für Ladepunkte kann der integrierte 10-Bit-ADC so konfiguriert werden, dass er mit den GPIOs verbunden ist. Diese Konfiguration kann genutzt werden, um die Temperatur von Sensoren zu messen, die an einem oder mehreren Hochspannungssteckern innerhalb des Ladeanschlusses positioniert sind. Das Bewusstsein für die Temperatur der Ladeanschlüsse ist besonders wichtig bei Einsatz in einem funktionalen Sicherheitsumfeld. Zusätzlich beinhaltet der IC-Treiber einen internen Temperatursensor, der externe Messungen ergänzt und präzise Daten zur Umgebungstemperatur des Ladeanschlusses liefert. In der beschriebenen Konfiguration ist der MLX81118 in der Lage, Informationen von externen Temperatursensoren effektiv zu überwachen und entsprechend zu übertragen. Beispielsweise kann im Fall eines Übertemperaturfehlers die intelligente Programmierung des IC dazu genutzt werden, den Fahrer mit roten blinkenden LEDs in der Nähe des Ports auf übermäßige Hitze aufmerksam zu machen. Gleichzeitig können diese Informationen über die LIN-Schnittstelle oder GPIO-Kanäle, die als SPI- oder I2C-Schnittstellen konfiguriert sind, an umfassendere Komponenten und Controller übertragen werden. Über die temperaturbezogene Funktionalität hinaus kann die Anpassungsfähigkeit des MLX81118 Ingenieuren dabei helfen, andere Sicherheitsaspekte der Ladeanschlüsse zu verbessern sowie die Nutzererfahrung zu steigern (Abbildung 4).
Abbildung 4: Melexis MLX81118 Beispielschaltung für Ladeportbeleuchtung mit Temperatursensoren und Klappenüberwachung (Quelle: Melexis)
Die Integration eines Hall-Sensors oder eines induktiven Schalters ist eine praktische Methode, um den offenen oder geschlossenen Status der Ladeabdeckung zu überwachen. Melexis’ MLX92292 (Hall-Effekt-Schalter) oder MLX92442 (Induxis®-Schalter)-Sensoren sind illustrative Optionen. Der Ausgang der Hall-Sensor-IC ist mit den GPIOs des MLX81118 verbunden, wodurch die Überwachung der Klappenposition über einen Fahrzeugkarosserie-Domain-Controller (BDC) über die LIN-Schnittstelle des LED-Treibers ermöglicht wird. Diese intelligente Integration hat das Potenzial, die Anzahl der Verbindungen zu den BDCs des Fahrzeugs zu reduzieren, während sie gleichzeitig die direkte Aktivierung der LEDs durch Anpassungen in der Klappenposition ermöglicht. Die intelligente Integration und direkte Verbindung zwischen der Klappenposition und dem LED-Treiber können das Benutzererlebnis verbessern. Um ein Beispiel zu geben: Wenn der MLX92292 eine Änderung seines Schaltzustands erkennt, wenn sich die Klappe öffnet, kann der MLX81118 so konfiguriert werden, dass die LEDs um den Ladeanschluss herum aktiviert werden, um bei Dunkelheit Beleuchtung bereitzustellen. Ebenso können Entwickler intelligente Funktionen hinzufügen, wie z. B. ein deutliches Blinken der Port-LEDs, wenn die Ladeanschlussklappe nach dem Abziehen des Ladekabels offen bleibt, wodurch das Risiko von Schäden während der Fahrt verringert wird. Eine weitere Option besteht darin, den Ladestatus durch unterschiedliche Mengen beleuchteter LEDs oder durch Farbwechsel anzuzeigen.
Fazit
Automobildesigner suchen ständig nach intelligenten Lösungen, die eigenständig wichtige Entscheidungen treffen und sicherheitskritische Aufgaben übernehmen können, ohne dass dabei zu viele Komponenten oder Verarbeitungsbelastungen hinzugefügt werden. Durch den Einsatz des MLX81118 werden die Logik und Steuerung für die Umsetzung dieser Funktionalität auf die Komponenten am Ladepunkt zentralisiert, was im Vergleich zu traditionellen Installationen die Verarbeitungsbelastung auf zentralen oder zonalen Fahrzeugsteuerungssystemen reduziert. LEDs sind zudem ein entscheidendes Element in der Automobilgestaltung geworden, da sie es den Herstellern ermöglichen, einzigartige visuelle Designs für ihre Modelle zu schaffen und dem Fahrer wichtige Informationen zu übermitteln. Der MLX81118 greift die neuesten Trends auf, indem er einen bahnbrechenden Ansatz für LED-Installationen in Ladeports von Elektrofahrzeugen und mehr bietet. Mit seiner Flexibilität bringt er zudem Vorteile in anderen Bereichen des Fahrzeugdesigns sowie in angrenzenden Märkten.
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