Evolución de la Seguridad Vehicular con Funcionalidad Inteligente del Puerto de Carga y Monitoreo Directo de la Tapa
La transición a los vehículos eléctricos está en pleno desarrollo, con los fabricantes introduciendo constantemente nuevos modelos. Sin embargo, en el gran esquema de la movilidad humana, los vehículos eléctricos (EVs) siguen siendo una tecnología relativamente nueva. Aún no han tenido décadas para evolucionar y mejorar, como lo han hecho previamente sus antecesores con motores de combustión interna. La seguridad, especialmente en torno a las baterías de alto voltaje, cargadores y componentes asociados, es una consideración enorme. Este artículo explora el Melexis MLX81118, un controlador IC LED de 24 canales para puertos de carga de vehículos eléctricos confiables, inteligentes y de alto rendimiento. En cuanto al diseño automotriz, la seguridad es quizás el factor más importante. Un vehículo puede ser estéticamente agradable, tener un buen precio o un alto rendimiento, pero si no es seguro o confiable, no tiene cabida en el mercado y representa un peligro para los consumidores. Los dispositivos de seguridad como los airbags y los cinturones de seguridad, que interactúan directamente con los pasajeros, son cruciales para la seguridad del vehículo. Sin embargo, los sistemas de seguridad en vehículos continúan avanzando para satisfacer las necesidades cambiantes de la industria, y van más allá de las medidas directas y evidentes. Componentes como las pantallas de instrumentos y los indicadores también juegan un papel vital en la seguridad del vehículo, ofreciendo información esencial sobre el estado del vehículo y detectando posibles fallos. La transición hacia los vehículos eléctricos (EVs) en toda la industria ha provocado un rediseño sustancial de las fuentes de combustible de los vehículos y los mecanismos de tren motriz. Con este rediseño, surgen nuevos y extensos requisitos para la instrumentación de los vehículos. Estos requisitos son críticos para garantizar la seguridad del conductor e informarle sobre detalles vitales como la carga de la batería y el rango restante. Los fabricantes están rediseñando sistemas de vehículos que han permanecido sin cambios durante años, creando una necesidad de soluciones nuevas e innovadoras que no solo cumplan con las exigencias de seguridad, sino que también aporten una funcionalidad elevada capaz de mejorar la experiencia del usuario. Melexis está a la vanguardia de este esfuerzo, desarrollando soluciones de última generación que desafían la definición convencional de un sistema de seguridad vehicular.
Fuera con el Punto de Relleno de Combustible, dentro con el Puerto de Carga
El punto de llenado de combustible siempre ha sido un elemento esencial en el diseño de vehículos que dependen de motores de combustión interna (ICE). Debido a los requisitos del tanque de combustible del vehículo y la distribución del peso, incluso la ubicación del punto de llenado en el vehículo ha permanecido mayormente constante. Los vehículos eléctricos (EVs) presentan diferencias significativas en la distribución del peso y las restricciones de diseño en comparación con los vehículos tradicionales. Una ventaja notable es que es relativamente más fácil tener una mayor distancia entre el puerto de carga y el paquete de baterías, en comparación con el desafío de tener una manguera de combustible larga entre la tapa de llenado y el tanque. Este avance permite a los diseñadores una mayor flexibilidad para reposicionar el punto de carga y mejorar la ergonomía. Un ejemplo destacado es posicionar el punto de carga en la parte delantera del vehículo, lo que coincide convenientemente con la ubicación de las estaciones de carga de vehículos eléctricos situadas en la parte frontal de los espacios de estacionamiento.
Atendiendo las Exigencias de los Últimos Diseños de Puertos de Carga
With extensive experience and a wide array of products, Melexis is highly regarded in the automotive LED driver market, and EV charging ports are among the applications being targeted by its latest solutions.
The functionality of electric vehicles heavily relies on charge ports. These devices are often used and need to be both reliable in their operation and able to indicate the charging status to the user. To meet these criteria, an increasing number of automotive manufacturers are now employing LED technology in proximity to the charging point.
These lights are utilized to display the charging status and indicate any potential errors using either static or basic dynamic lighting. By providing a clear indication at the point of connection, the end user can easily check the battery level or identify any potential risks. Electric powertrain adoption has made vehicle design more complex, requiring advanced functionality in charging port designs, such as flap monitoring and high-voltage connector temperature sensing.
Melexis’ new MLX81118 is an intelligent 24-channel integrated circuit (IC) LED driver designed to meet the functional safety requirements of the latest EV charging ports (Figure 2). It features a local interconnect network (LIN) interface and is ASIL compliant (ISO 26262) supporting system integration up to ASIL B.
Figura 2: Melexis MLX81118 circuito integrado controlador de LED
Con su unidad de microcontrolador inteligente (MCU) y memoria flash integrada, el MLX81118 permite un diseño de sistema flexible y actualizaciones convenientes para sus funciones. La función principal del CI es como controlador de LED, ofreciendo fuentes de corriente programables de hasta 60mA por canal en el lado bajo (corriente máxima de LED de 1A) y un PWM de 16 bits (500 Hz) para el control de brillo. El sistema admite iluminación estática y animación básica de LED. Cada LED es completamente diagnosticable, y su temperatura puede determinarse midiendo el voltaje umbral del LED (Figura 3).
Figura 3: Diagrama de bloques del MLX81118 de Melexis y funcionalidad alternativa de GPIO (Fuente: Melexis)
Lo que distingue la funcionalidad es la versatilidad del producto. A diferencia de los controladores LED automotrices típicos para puertos de carga, ofrece 24 canales para manejar LEDs RGB y/o de un solo color. Además, estos canales se pueden configurar como canales de entrada/salida de propósito general (GPIO). Con la funcionalidad GPIO, obtienes una salida de suministro de 5V a 20mA, soporte para comunicación SPI/I2C, capacidad de activación externa y la opción de configurar los GPIO con el convertidor analógico a digital integrado (ADC). La existencia de esta característica facilita una gama más amplia de aplicaciones con mayor funcionalidad y capacidades de control local, superando las capacidades convencionales de un IC LED.
Creando Puertos de Carga Más Inteligentes
By leveraging the flexibility of Melexis’ MLX81118, engineers can construct smarter charging ports within a vehicle without a significant expansion in the Bill of Materials (BoM) component count.
Within a charging point application, the integrated 10-bit ADC can be configured to the GPIOs. This configuration can be utilized to measure the temperature of sensors positioned at one or more of the high-voltage connectors found within the charge port. When operating in a functional safety setting, being mindful of the charging connectors’ temperature is of utmost importance. In addition, the IC driver includes an internal temperature sensor that complements external measurements and provides accurate data on the ambient temperature of the charge port.
In the given setup, the MLX81118 is capable of effectively overseeing information from external temperature sensors and transmitting it accordingly. For instance, in the event of an over-temperature error, the IC’s intelligent programming can be utilized to inform the driver of excessive heat in the port, potentially through the activation of red flashing LEDs in proximity. Simultaneously, this information can be transmitted to broader components and controllers through the LIN interface or GPIO channels that have been configured as an SPI or I2C interface.
Beyond temperature-related functionality, the adaptability of the MLX81118 can aid engineers in improving other areas of the charging ports’ safety as well as heightening the end user’s experience (Figure 4).
Figura 4: Ejemplo de circuito de iluminación del puerto de carga Melexis MLX81118 con sensores de temperatura y monitoreo de cubierta (Fuente: Melexis)
Incorporar un interruptor Hall o un interruptor inductivo es un método práctico para monitorear el estado de abierto o cerrado de la tapa de carga. Los sensores MLX92292 (interruptor de efecto Hall) o MLX92442 (interruptor Induxis®) de Melexis son opciones ilustrativas. La salida del CI del sensor Hall se conecta a los GPIOs del MLX81118, lo que permite al controlador de dominio de carrocería del vehículo (BDC) monitorear la posición de la tapa a través de la interfaz LIN del controlador de LED. Esta integración inteligente tiene el potencial de reducir la cantidad de conexiones con los BDCs del vehículo, mientras que habilita la activación directa de los LEDs mediante ajustes en la posición de la tapa. La integración inteligente y la conexión directa entre la posición de la tapa y el controlador de LED pueden mejorar la experiencia del usuario final. Por ejemplo, cuando el MLX92292 detecta un cambio en su estado de conmutación al abrirse la tapa, el MLX81118 puede configurarse para activar los LEDs alrededor del puerto de carga, proporcionando iluminación en condiciones de poca luz. De manera similar, los diseñadores pueden optar por agregar funciones inteligentes, como hacer que los LEDs del puerto parpadeen claramente si se deja la tapa del puerto de carga abierta después de desconectar el cargador, lo que reduce el riesgo de daños al conducir. Otra opción es indicar el estado de carga utilizando diferentes cantidades de LEDs encendidos o cambiando los colores.
Conclusión
Los diseñadores automotrices buscan constantemente soluciones inteligentes que puedan tomar decisiones importantes de manera autónoma y manejar tareas críticas de seguridad sin añadir demasiados componentes o cargas de procesamiento. Al utilizar el MLX81118, la lógica y el control para implementar esta funcionalidad se centralizan en los componentes del punto de carga, lo que resulta en una carga de procesamiento reducida en los sistemas de control central o zonal del vehículo en comparación con las instalaciones tradicionales. Los LED también se han convertido en un elemento crucial en el diseño automotriz, permitiendo a los fabricantes crear estilos visuales únicos para sus modelos y transmitir información vital al conductor. El MLX81118 adopta las últimas tendencias al ofrecer un enfoque innovador para las instalaciones de LED en los puertos de carga de vehículos eléctricos y más, con su flexibilidad trayendo también ventajas a otras áreas del diseño de vehículos y mercados adyacentes.
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