Conduzca un coche eléctrico, cárguelo correctamente
Autor: Rahul Naik, Field Application Engineer Automotive Business Unit (ABU) bei Rutronik
El Instituto Fraunhofer para la Investigación de Sistemas e Innovación ha establecido que los vehículos eléctricos (VE) se cargan una media de veintiuna veces al mes. Por otro lado, los coches con motor de combustión sólo van a repostar combustible entre dos y cuatro veces al mes, según un informe de Statista. Por lo tanto, la tapa del enchufe de carga (charging flap) de los vehículos eléctricos desempeña una función esencial a la hora de garantizar una operación sencilla.
Cuando la gente piensa en un vehículo eléctrico, suele imaginarse un coche que incorpora tecnología de última generación. Así pues, la tapa del enchufe de carga también debería superar los estándares más estrictos. Después de todo, la carga es algo inevitable que se realiza con frecuencia en el día a día de los vehículos eléctricos. No sólo debe ser segura, sino también lo más fácil posible.
Dicha tapa del enchufe tiene un papel importante aquí, ya que inicialmente se interpone en el proceso de carga. Pero también resulta necesario proteger el puerto de carga de las inclemencias meteorológicas y otras influencias externas y así alargar su vida útil. Aparte de las tapas de “accionamiento manual” que predominan en los vehículos convencionales, cada vez hay más tapas eléctricas, especialmente en los vehículos híbridos y eléctricos. Y, por ende, parece que tiene sentido mejorarlas con detalles visuales y funcionales (Fig. 1).
Figura 1: El controlador de LED RGBW E521.39 de Elmos Semiconductor se caracteriza por integrar un microcontrolador y transceptor LIN, cuatro generadores de PWM y cuatro fuentes de corriente, así como capacidades de diagnóstico.
La iluminación facilita la carga en la oscuridad
Al efectuar una recarga al anochecer o en la oscuridad, una fuente de luz directamente en el puerto de carga hace que sea mucho más fácil insertar el enchufe de carga. En esta tarea, se recomienda el uso de leds de alta eficiencia, dado que aportan una libertad de diseño mucho mayor. Por ejemplo, el color y la forma del display LED también se pueden utilizar para mostrar información relativa al proceso y el estado de carga de la batería. Al implementar tales funciones, los leds necesitan contar con controladores de circuito integrado (CI) que puedan gestionar los colores y el brillo.
Figura 2: Usando tecnología Halios, el controlador E909.21 de Elmos Semiconductor aporta mejoras en sensibilidad y ofrece inmunidad a la luz ambiental y a cambios rápidos de brillo. Además, no se necesita calibrar durante toda la vida útil del vehículo.
Uno de estos controladores para leds RGB y RGBW es el modelo E521.39 de Elmos (Fig. 2). Se trata de una solución monochip que combina un microcontrolador integrado con memoria flash, así como un transceptor LIN y cuatro fuentes de alimentación integradas. El controlador de LED soporta la función de direccionamiento automático en LIN. Cada uno de los cuatro controladores puede administrar cargas externas con una corriente de hasta 60 mA. Esto significa que el E521.39 ya ofrece la máxima corriente de salida por canal del mercado. También se encuentra disponible un generador de modulación por ancho de pulso (PWM) con una resolución de 16 bits para cada canal. El ciclo de trabajo de PWM se puede establecer individualmente para cada salida a través de la interfaz LIN. La compensación de temperatura y tensión garantiza que se mantiene el color (seleccionado) de los leds RGB. Equipado de tal manera, el E521.39 permite obtener colores de salida estables en todas las condiciones ambientales, además de colores que cambian según el estado de carga del vehículo.
En modo sleep, los controladores suelen consumir una energía de entre 15 y 30 μA en todo el rango de temperatura operativa. Para uso en el sector de la automoción, se mantiene el rango de temperatura requerido de -40 a +125 °C (calificación AEC-Q100).
Control sin contacto
Ya sea porque tengan las manos ocupadas o simplemente no quieran “ensuciarse”, abrir y cerrar la tapa de carga sin contacto puede convertirse otra verdadera ventaja diferenciadora para el cliente final.
El controlador E909.21 de Elmos Semiconductor también permite el reconocimiento de varios gestos. Se basa en la tecnología Halios de la propia compañía que, habiendo sido probada en el mercado, proporciona una detección fiable de objetos, tras comparar el haz de luz infrarroja reflejado por el objeto que se busca con un haz de luz de referencia. El E909.21 se caracteriza por su elevada sensibilidad y una inmunidad “imbatible” a la luz ambiente de hasta 200,000 lux, así como por la protección ante cambios rápidos en la luz ambiental. Además, elimina la necesidad de ser calibrado a lo largo de toda la vida útil del vehículo. La frecuencia Halios se puede escalar a 1 MHz y, por lo tanto, mitiga la interferencia con otros sistemas ópticos (Fig. 3).
Figura 3: El E523.63 es un chip “todo en uno” para actuadores de baja y media potencia y aplicaciones de ventilación.
El E909.21 puede conectar dos controladores de receptor y cuatro controladores de LED con potencia de controlador de 100 mA cada uno, que también se pueden unir en paralelo para soportar corrientes más altas. El microcontrolador de 16 bits integrado posee memoria flash, SRAM, High-Speed-I2C y SPI y se puede programar mediante JTAG de dos o cuatro hilos.
Con la familia E909, que incluye el E909.21, Elmos Semiconductor también suministra productos escalables para otros conceptos HMI. Por ejemplo, el E909.23 está optimizado para aplicaciones de control gestual con displays táctiles a bordo de los automóviles. También se fundamenta en la tecnología Halios, beneficiándose de las ventajas de alta sensibilidad, calibración automática e inmunidad a la luz ambiental y los cambios rápidos de luminosidad.
Tapa de enchufe de carga con actuador
Naturalmente, también se necesita un actuador para el control sin contacto de la tapa del enchufe de carga. Por lo general, los actuadores se componen de un motor, un engranaje y el controlador de CI correspondiente. Los controladores de CI tienen la misión de vigilar de manera flexible el motor para abrir y cerrar la propia tapa. Y, para poder determinar siempre el control óptimo del motor, se debe monitorizar la posición de la tapa.
Para poder hacer esto Elmos Semiconductor también dispone de un chip de coste optimizado en su catálogo: se trata del controlador system–on–a–chip (SoC) totalmente integrado E523.63 (Fig. 4). Permite una monitorización de motor de alta precisión para corrientes de accionamiento de hasta 1 A y está diseñado para dirigir un motor sin escobilla (BLDC) trifásico, un motor de pasos de dos fases o hasta dos motores de CC convencionales. Para este propósito, combina un microcontrolador Arm Cortex M23 de 32 bits y un controlador de motor analógico en un encapsulado TSSOP16-EP con formato compacto. Su sistema de medición integrado ofrece todas las señales de entrada para la conmutación de bucle de control cerrado sin sensores, así como numerosas funciones de monitorización y diagnóstico.
Si se demandan niveles superiores de potencia con corrientes de accionamiento por encima de 1 A, Elmos recomienda el modelo E533.06, un controlador SoC que se fundamenta en un microcontrolador Arm Cortex M4 de 32 bits y combina una memoria de programa de 96 kB, procesadores de última generación y controladores de puerta analógicos en un encapsulado QFN48. Los aceleradores de ADC y PWM integrados contribuyen a mejorar el rendimiento en el control de motor en derivación simple sin sensores. Esto permite algoritmos de gestión avanzados como el control orientado al campo (FOC) con baja carga de CPU. Tanto el E523.63 como el E533.06 tienen la calificación AEC-Q100 y cumplen el estándar ISO 26262 (ASIL B). Su amplio rango de temperatura se extiende entre -40 y +150 °C.
Todos los CI mencionados se pueden adaptar de forma flexible a nuevos sistemas e innovaciones, gracias a los microcontroladores implementados, estando bien equipados para satisfacer futuras necesidades.
