Případové studie > E-Mobilita - Přenosný WallBox EcoVolter

E-Mobilita - Přenosný WallBox EcoVolter

Komplexní vývoj a optimalizace přenosného WallBoxu EcoVolter pro společnost R-EVC

Společnost R-EVC (Richtr-Electric Vehicle Connectors), specializující se na výrobu a distribuci nabíjecích kabelů pro elektromobily v rámci celé Evropské unie, čelila výzvě v oblasti transparentnosti svého vývojového procesu. Ačkoli již měla vyvinutý a na trhu úspěšně prodávaný produkt – přenosný WallBox – jejich původní obchodní model vývoje byl netransparentní a vázán na počet prodaných kusů. Tento model vedl s postupem času ke ztrátě důvěry mezi partnery.

R-EVC proto začala hledat nového partnera se kterým by celý vývojový proces mohli postavit na zelené louce, a to na pevných a transparentních základech. Cílem bylo nastavit jasné a udržitelné principy spolupráce, které by zajistily dlouhodobý růst a důvěru mezi všemi zúčastněnými stranami. A právě proto oslovili nás, společnost ASN Plus, kde je transparentnost vývojového procesu jedním z klíčových principů naší spolupráce. Jako odborníci na vývoj elektroniky, firmwaru a komunikačních aplikací jsme ideálním partnerem pro ty, kteří vyžadují, aby celý vývojový cyklus probíhal efektivně, srozumitelně a transparentně.

Vzhledem k tomu, že jsme neobdrželi žádná data související se stávajícím zařízením, bylo jedinou možností navrhnout celé zařízení kompletně znovu, a snažit se maximálně využít zkušenosti R-EVC. Právě proto jsme jako první krok provedli důkladnou základní analýzu včetně definice veškerých požadavků, které jsou na zařízení kladeny jak zadavatelem tak certifikačními autoritami.V rámci dalšího kroku jsme navrhli zásadní vylepšení funkcionalit jak samotného zařízení, tak i celého ekosystému.

Mezi některé návrhy na vylepšení patří například možnost chytrého využití několika komunikačních technologií, o jejichž využívání se rozhoduje přenosný Wallbox sám na základě jejich aktuální dostupnosti. Vše lze snadno ovládat prostřednictvím nové mobilní aplikace.

Poté jsme se pustili do technické implementace dílčích částí projektu, při níž jsme úspěšně překonali několik výzev. Jednou z nich bylo například zajistit stávající rozměry hardwarového řešení i při významném rozšíření jeho funkcí tak, aby bylo možné dále využívat vstřikolisovou formu pro výrobu designového pouzdra, při zajištění všech požadavků kladenými příslušnými standardy. Celý přenosný WallBox je realizován několika deskami plošných spojů, které jsou propojeny prostřednictvím hlavní řídící desky. Naším cílem bylo zajistit bezproblémovou integraci všech částí při zachování vysoké úrovně funkčnosti, modularity, kvality a nejmodernějších standardů. Pro návrh obvodového zapojení a desek plošných spojů byl využit nástroj Altium Designer. Souběžně s vývojem hardwaru jsme za využití vývojových kitů pracovali i na vývoji firmwaru.

Hlavní řídící jednotka je založena na pokročilém mikrokontroléru ESP32-S3, který integruje frontend pro Bluetooth a Wi-Fi komunikaci. Tento mikrokontrolér disponuje dvěma jádry a podporuje operační systém RTOS, který jsme plně využili při vývoji našeho komplexního a sofistikovaného firmwaru. Díky této architektuře jsme dosáhli vysoké úrovně spolehlivosti a bezpečnosti, což je klíčové pro stabilní a bezpečný provoz celého systému.

V první řadě jsme implementovali hardwarovou funkcionalitu zařízení v souladu s normou ČSN EN 61851, kde jsme vyřešili ochranu zařízení a uživatelů, včetně automatických testů bezpečnosti, ochrany před elektrickými přepětími, nebo také detekce přehřátí, detekce podpětí, detekce úniku proudu. Byla také implementována funkce inteligentního nabíjení pomocí Control Pilot signálu a fázového přepínání, včetně podpory jednofázového a třífázového nabíjení elektrického vozidla. Byly také implementovány funkce pro detekci typu sítě nebo například měření nabíjecího napětí a nastavení příslušného nabíjecího proudu.

Transparentní vývojový proces, inteligentní nabíjení a pokročilá mobilní správa nabíječek pro elektromobily

V další fázi vývoje hlavní řídící jednotky jsme úspěšně implementovali BLE komunikaci, která umožňuje plné ovládání a monitorování zařízení přímo z mobilní aplikace. Tato funkce poskytuje uživatelům snadný přístup ke správě přenosného WallBoxu z jejich mobilu a to včetně nastavení nabíjecích parametrů nebo nastavení nabíjecího rozvrhu. Uživatel rovněž vidí v aplikaci kolik za jednotlivé nabíjecí cykly zaplatil. Pro tvorbu aplikace jsme použili multiplatformní framework Flutter.

Zároveň jsme kladli důraz na bezpečnost, a proto jsme integrovali softwarové zabezpečení, které zajišťuje, že k zařízení má přístup pouze oprávněný uživatel či skupina uživatelů. Součástí této fáze vývoje byla také implementace vzdáleného OTA (Over-The-Air) updatu firmwaru, který umožňuje jednoduché a bezdrátové aktualizace firmwaru přímo přes mobilní aplikaci, čímž je zajištěna dlouhodobá podpora a aktualizace zařízení bez nutnosti fyzického zásahu.

V rámci vývoje hlavní řídicí jednotky jsme implementovali Wi-Fi komunikaci, která umožňuje zařízení automaticky skenovat okolní Wi-Fi sítě a připojit se k již známým sítím. Pokud není k dispozici známá síť, uživatel může prostřednictvím mobilní aplikace snadno zadat příslušné heslo a připojit zařízení k nové Wi-Fi. Tento přístup zajišťuje pohodlnou a flexibilní správu připojení pro koncové uživatele. Následně jsme integrovali řadu komunikačních protokolů aplikační vrstvy, jako jsou HTTPS, MQTT 5 a JWT (JSON Web Token), které zajišťují bezpečnost a spolehlivost přenosu dat. Neméně důležitou součástí této fáze byla implementace OCPP protokolu, který umožňuje snadnou integraci a efektivní správu přenosných WallBoxů, čímž se zařízení plně přizpůsobilo požadavkům na moderní elektromobilní infrastrukturu.

Kromě vývoje hlavní řídicí jednotky jsme navrhli a vyvinuli také několik doplňkových hardwarových modulů pro zákazníky společnosti R-EVC. Tyto moduly poskytují rozšířenou funkcionalitu a jsou navrženy tak, aby zákazníkům nabízely přidanou hodnotu. Všechny moduly jsou postaveny na moderním mikrokontroléru STM32C0, který je cenově i skladově dostupnou náhradou za starší 8bitové mikrokontroléry od společnosti ST. Díky této volbě jsme dosáhli optimalizace nákladů a zlepšení dostupnosti pro široké spektrum aplikací.

Jedním z vyvinutých modulů je certifikovaný elektroměr, který splňuje veškeré požadavky směrnice MID (Measuring Instruments Directive) a zaručuje vysoce přesné a spolehlivé měření klíčových fyzikálních veličin, jako jsou napětí, proud, výkon a spotřeba energie. Tento modul je navržen na platformě mikrokontroléru STM32C0 ve spojení s čipem ATM90E36A a zajišťuje spolehlivou komunikaci s hlavní řídící jednotkou prostřednictvím rozhraní Modbus RTU.

Dalším námi vyvinutým modulem je adaptérová deska, která se integruje přímo do koncovky přenosného WallBoxu. Tento modul je navržen pro detekci přehřátí koncovky, čímž zajišťuje zvýšenou bezpečnost a ochranu během nabíjení. Stejně jako ostatní moduly je postaven na mikrokontroléru STM32C0 a komunikuje s hlavní řídící jednotkou prostřednictvím LIN protokolu, což umožňuje efektivní a spolehlivou výměnu dat.

Vyvinuli jsme také modul “Tesla tlačítko” pro bezdrátové otevírání nabíjecího portu v elektromobilu stisknutím tlačítka na nabíječce. Tento modul je také navržen na platformě mikrokontroléru STM32C0 a obsahuje integrovaný RF čip s anténou, který zajišťuje spolehlivou bezdrátovou komunikaci pro komfortní ovládání nabíjecího portu.

Dalším námi vyvinutým modulem je LTE modul, který je navržen jako doplněk pro zákazníky společnosti R-EVC. Tento modul se používá pro situace, kdy není dostupné připojení přes WiFi. Je koncipován jako zásuvný modul, který je vybaven modemem od společnosti Quectel a fyzickým slotem na SIM kartu. Komunikace mezi tímto LTE modulem a hlavní řídící jednotkou ESP32-S3 probíhá prostřednictvím rozhraní UART.

Pro firmu R-EVC jsme rovněž vyvinuli separátní desktopovou aplikaci pro první oživení a kontrolu nabíječek ve výrobě. Se společnosti R-EVC dále s polupracujeme v rámci podpory sériové výroby a případných inovací dle potřeb jejích zákazníků.