Evoluzione della Sicurezza dei Veicoli con Funzionalità Intelligente della Porta di Ricarica e Monitoraggio Diretto del Flap
La transizione verso i veicoli elettrici è ormai avviata, con i produttori che introducono costantemente nuovi modelli. Tuttavia, nel grande schema della mobilità umana, i veicoli elettrici rappresentano ancora una tecnologia relativamente nuova. Non hanno avuto decenni per evolversi e migliorarsi, come invece è accaduto in precedenza ai loro predecessori dotati di motore a combustione interna. La sicurezza, in particolare quella legata alle batterie ad alta tensione, ai caricabatterie e ai componenti associati, è una considerazione fondamentale. Questo articolo analizza il Melexis MLX81118, un driver LED IC a 24 canali per porte di ricarica EV affidabili, intelligenti e ad alte prestazioni. In termini di progettazione automobilistica, la sicurezza è forse il fattore più importante in assoluto. Un veicolo può essere esteticamente attraente, ben prezzato o altamente performante, ma se non è sicuro o affidabile, non ha posto sul mercato e rappresenta un pericolo per i consumatori. Dispositivi di sicurezza come airbag e cinture di sicurezza, che interagiscono direttamente con i passeggeri, sono cruciali per la sicurezza dei veicoli. Tuttavia, i sistemi di sicurezza dei veicoli continuano a evolversi per soddisfare le esigenze in costante mutamento del settore, andando oltre le misure dirette e apparenti. Componenti come i display degli strumenti e gli indicatori svolgono un ruolo essenziale nella sicurezza dei veicoli, offrendo informazioni cruciali sullo stato del veicolo e rilevando eventuali guasti potenziali. La transizione verso i veicoli elettrici (EV) nell'industria automobilistica ha comportato una sostanziale riprogettazione delle fonti di alimentazione e dei meccanismi del gruppo propulsore. Con questa riprogettazione, emergono nuovi e vasti requisiti per la strumentazione dei veicoli. Questi requisiti sono fondamentali per garantire la sicurezza del conducente e informarlo sui dettagli essenziali, come il livello di carica della batteria e l'autonomia residua. I produttori stanno riprogettando sistemi dei veicoli rimasti invariati per anni, creando la necessità di soluzioni nuove e innovative che non solo soddisfino le esigenze di sicurezza, ma offrano funzionalità avanzate in grado di migliorare l'esperienza utente. Melexis è in prima linea in questo sforzo, sviluppando soluzioni all'avanguardia che sfidano la definizione convenzionale di un sistema di sicurezza veicolare.
Via il punto di rifornimento carburante, benvenuta la porta di ricarica
Il punto di rifornimento del carburante è sempre stato un elemento essenziale del design per i veicoli che si basano su motori a combustione interna (ICE). A causa dei requisiti del serbatoio del carburante del veicolo e della distribuzione del peso, persino la posizione del punto di rifornimento sul veicolo è rimasta per lo più invariata. I veicoli elettrici (EV) presentano differenze significative nella distribuzione del peso e nei vincoli di progettazione rispetto ai veicoli tradizionali. Uno dei vantaggi notevoli è che è relativamente più semplice avere una distanza maggiore tra la porta di ricarica e il pacco batterie, rispetto alla sfida di avere un lungo tubo di carburante tra uno sportello di rifornimento e un serbatoio. Questo progresso consente ai progettisti di avere una maggiore flessibilità nel riposizionamento del punto di ricarica per migliorare l'ergonomia. Un esempio significativo è collocare il punto di ricarica nella parte anteriore del veicolo, che si abbina comodamente alla posizione delle stazioni di ricarica per EV situate nella parte anteriore delle piazzole di parcheggio.
Affrontare le esigenze dei più recenti design delle porte di ricarica
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 IC driver LED
Con la sua unità microcontrollore intelligente (MCU) e la memoria flash incorporata, il MLX81118 consente un design del sistema flessibile e aggiornamenti pratici delle sue funzioni. La funzione principale dell'IC è quella di driver per LED, offrendo sorgenti di corrente programmabili fino a 60mA per canale lato basso (massimo 1A corrente LED) e un PWM a 16 bit (500 Hz) per il controllo della luminosità. Il sistema supporta illuminazione statica e animazioni LED di base. Ogni LED è completamente diagnosticabile e la sua temperatura può essere determinata misurando la tensione di soglia del LED (Figura 3).
Figura 3: Melexis MLX81118 diagramma a blocchi e funzionalità GPIO alternativa (Fonte: Melexis)
Ciò che distingue la funzionalità è la versatilità del prodotto. A differenza dei classici driver LED per porte di ricarica automobilistiche, offre 24 canali per pilotare LED RGB e/o LED monocromatici. Inoltre, questi canali possono essere configurati come canali di input/output generico (GPIO). Con la funzionalità GPIO, si ottiene un'uscita di alimentazione a 5V a 20mA, supporto per la comunicazione SPI/I2C, capacità di riattivazione esterna e l'opzione di configurare i GPIO con il convertitore analogico-digitale integrato (ADC). L'esistenza di questa struttura facilita un'ampia gamma di applicazioni con funzionalità avanzate e capacità di controllo localizzato, superando le prestazioni convenzionali di un IC LED.
Creare porte di ricarica più intelligenti
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: Melexis MLX81118 esempio di circuito per l'illuminazione della porta di ricarica con sensori di temperatura e monitoraggio del flap (Fonte: Melexis)
Incorporare un interruttore Hall o un interruttore induttivo è un metodo pratico per monitorare lo stato di apertura o chiusura dello sportello di ricarica. I sensori MLX92292 (interruttore ad effetto Hall) o MLX92442 (interruttore Induxis®) di Melexis sono opzioni illustrative. L’uscita dell’IC del sensore Hall è collegata ai GPIO dell’ MLX81118, consentendo di monitorare la posizione dello sportello tramite il controller della carrozzeria del veicolo (BDC) tramite l'interfaccia LIN del driver LED. Questa integrazione intelligente ha il potenziale di ridurre il numero di connessioni ai BDC del veicolo, oltre a permettere l'attivazione diretta dei LED mediante regolazioni della posizione dello sportello. L'integrazione intelligente e la connessione diretta della posizione dello sportello al driver LED possono migliorare l'esperienza dell'utente finale. Per fornire un esempio, quando il MLX92292 rileva un cambiamento nel suo stato di commutazione mentre lo sportello si apre, l’ MLX81118 può essere configurato per attivare i LED intorno alla porta di ricarica per fornire illuminazione in condizioni di oscurità. Allo stesso modo, i progettisti possono scegliere di aggiungere funzionalità intelligenti, come lampeggiare visibilmente i LED della porta se lo sportello del connettore rimane aperto dopo aver scollegato il caricatore, riducendo il rischio di danni durante la guida. Un’altra opzione è indicare lo stato di carica utilizzando un numero diverso di LED accesi o modificando i colori.
Conclusione
Gli progettisti automobilistici cercano costantemente soluzioni intelligenti in grado di prendere decisioni importanti autonomamente e gestire compiti critici per la sicurezza senza aggiungere troppi componenti o carichi di elaborazione. Utilizzando il MLX81118, la logica e il controllo per implementare questa funzionalità vengono centralizzati nei componenti del punto di ricarica, riducendo così il carico di elaborazione sui sistemi di controllo centrali o zonali del veicolo rispetto alle installazioni tradizionali. I LED sono diventati anche un elemento cruciale nella progettazione automobilistica, permettendo ai produttori di creare stili visivi unici per i loro modelli e di trasmettere informazioni essenziali al conducente. Il MLX81118 abbraccia le ultime tendenze offrendo un approccio innovativo alle installazioni di LED nelle porte di ricarica dei veicoli elettrici e non solo, con la sua flessibilità che porta vantaggi anche ad altre aree della progettazione dei veicoli e ai mercati adiacenti.
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