E-Mobilität - Tragbarer WallBox EcoVolter

Umfassende Entwicklung und Optimierung der tragbaren EcoVolter WallBox für R-EVC

R-EVC (Richtr-Electric Vehicle Connectors), ein Unternehmen, das sich auf die Herstellung und den Vertrieb von Ladekabeln für Elektrofahrzeuge in der gesamten Europäischen Union spezialisiert hat, stand vor der Herausforderung, die Transparenz seines Entwicklungsprozesses zu verbessern. Obwohl sie bereits ein entwickeltes und erfolgreich vermarktetes Produkt – den tragbaren WallBox – hatten, mangelte es ihrem ursprünglichen Entwicklungsmodell an Transparenz, und es war an die Anzahl der verkauften Einheiten gekoppelt. Mit der Zeit führte dieses Modell zu einem Vertrauensverlust unter den Partnern.

R-EVC begann daher, nach einem neuen Partner zu suchen, um von Grund auf einen transparenten und soliden Entwicklungsprozess aufzubauen. Ziel war es, klare und nachhaltige Kooperationsprinzipien zu schaffen, die langfristiges Wachstum und Vertrauen zwischen allen Beteiligten fördern. So wandten sie sich an uns bei ASN Plus, wo Transparenz im Entwicklungsprozess einer unserer Grundpfeiler ist. Als Spezialisten für die Entwicklung von Elektronik, Firmware und Kommunikationsanwendungen sind wir der ideale Partner für all jene, die einen effizienten, klaren und transparenten Entwicklungszyklus fordern.

Da wir keine Daten zum bestehenden Gerät erhielten, war die einzige Option, das gesamte Gerät von Grund auf neu zu entwerfen und die Erfahrung von R-EVC so weit wie möglich zu nutzen. Im ersten Schritt führten wir eine gründliche Anfangsanalyse durch, einschließlich der Definition aller Anforderungen des Kunden und der Zertifizierungsbehörden. Im nächsten Schritt schlugen wir bedeutende Verbesserungen der Funktionalität des Geräts selbst und des gesamten Ökosystems vor.

Zu diesen Funktionen gehörte beispielsweise die intelligente Nutzung mehrerer Kommunikationstechnologien, sodass der tragbare WallBox automatisch die bestverfügbare Verbindung wählen kann. Alles kann bequem über eine neue mobile Anwendung gesteuert werden.

Anschließend gingen wir zur technischen Implementierung der Projektkomponenten über und überwanden dabei einige Herausforderungen. So bestand eine Herausforderung darin, die bestehenden Hardwareabmessungen auch bei einer wesentlichen Erweiterung der Funktionen beizubehalten, damit die Spritzgusswerkzeuge für das Designgehäuse weiterhin genutzt werden konnten und dabei alle relevanten Standards erfüllt wurden. Der gesamte tragbare WallBox besteht aus mehreren Leiterplatten, die über die Hauptsteuerplatine miteinander verbunden sind. Unser Ziel war es, eine nahtlose Integration aller Teile zu gewährleisten und gleichzeitig ein hohes Maß an Funktionalität, Modularität, Qualität und Konformität mit den neuesten Standards aufrechtzuerhalten. Altium Designer wurde zur Schaltplan- und Leiterplattenentwicklung verwendet. Parallel zur Hardwareentwicklung arbeiteten wir auch an der Firmware-Entwicklung mit Entwicklungskits.

Die Hauptsteuereinheit basiert auf dem fortschrittlichen ESP32-S3-Mikrocontroller, der Bluetooth- und Wi-Fi-Kommunikationsschnittstellen integriert. Dieser Mikrocontroller verfügt über zwei Kerne und unterstützt das Betriebssystem RTOS, das wir für die Entwicklung unserer komplexen und anspruchsvollen Firmware vollständig nutzten. Diese Architektur ermöglichte uns ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und Sicherheit, das für den stabilen und sicheren Betrieb des gesamten Systems unerlässlich ist.

Zunächst implementierten wir die Hardware-Funktionalität des Geräts in Übereinstimmung mit der Norm ČSN EN 61851, die den Schutz des Geräts und der Benutzer gewährleistet, einschließlich automatischer Sicherheitstests, Überspannungsschutz sowie Überhitzungs-, Unterspannungs- und Leckstromerkennung. Außerdem implementierten wir eine intelligente Ladefunktion mithilfe des Control Pilot Signals und der Phasenumstellung, mit Unterstützung für einphasiges und dreiphasiges Laden von Elektrofahrzeugen. Weitere Funktionen umfassen die Erkennung des Netztyps sowie die Messung der Ladespannung und die Einstellung des entsprechenden Ladestroms.

Transparenter Entwicklungsprozess, intelligentes Laden und fortschrittliches mobiles Management von EV-Ladegeräten

In der nächsten Entwicklungsphase der Hauptsteuereinheit implementierten wir erfolgreich die BLE-Kommunikation, die eine vollständige Steuerung und Überwachung des Geräts direkt über die mobile App ermöglicht. Diese Funktion bietet den Nutzern einen einfachen Zugang zur Verwaltung des tragbaren WallBox von ihren mobilen Geräten aus, einschließlich der Einstellung von Ladeparametern und Zeitplänen. Die App zeigt den Nutzern auch an, wie viel sie für einzelne Ladevorgänge ausgegeben haben. Für die App-Entwicklung nutzten wir das plattformübergreifende Framework Flutter.

Wir legten auch großen Wert auf Sicherheit und integrierten eine Software-Schutzfunktion, die sicherstellt, dass nur autorisierte Benutzer oder Benutzergruppen Zugriff auf das Gerät haben. Diese Entwicklungsphase beinhaltete auch die Implementierung von OTA (Over-The-Air) Firmware-Updates, die einfache drahtlose Firmware-Updates direkt über die mobile App ermöglichen, um langfristigen Support und Updates ohne physischen Eingriff sicherzustellen.

Im Rahmen der Entwicklung der Hauptsteuereinheit implementierten wir die Wi-Fi-Kommunikation, die es dem Gerät ermöglicht, automatisch nach umliegenden Wi-Fi-Netzwerken zu suchen und sich mit bekannten Netzwerken zu verbinden. Wenn kein bekanntes Netzwerk verfügbar ist, kann der Benutzer das entsprechende Passwort bequem über die mobile App eingeben, um das Gerät mit einem neuen Wi-Fi zu verbinden. Dieser Ansatz bietet den Endnutzern eine bequeme und flexible Verwaltung der Verbindung. Anschließend integrierten wir mehrere Anwendungsprotokolle wie HTTPS, MQTT 5 und JWT (JSON Web Token), um eine sichere und zuverlässige Datenübertragung zu gewährleisten. Ein weiterer wichtiger Bestandteil dieser Phase war die Implementierung des OCPP-Protokolls, das eine nahtlose Integration und effiziente Verwaltung der tragbaren WallBoxen ermöglicht und das Gerät vollständig an die Anforderungen moderner E-Mobilitätsinfrastrukturen anpasst.

Zusätzlich zur Hauptsteuereinheit entwarfen und entwickelten wir auch mehrere ergänzende Hardware-Module für die Kunden von R-EVC.

Diese Module bieten erweiterte Funktionalitäten und sind darauf ausgelegt, zusätzlichen Nutzen zu bringen. Alle Module basieren auf dem modernen STM32C0-Mikrocontroller, einer kostengünstigen und verfügbaren Alternative zu älteren 8-Bit-Mikrocontrollern von ST. Diese Wahl optimierte die Kosten und verbesserte die Verfügbarkeit für ein breites Anwendungsspektrum.

Eines der entwickelten Module ist ein zertifizierter Stromzähler, der alle Anforderungen der MID (Measuring Instruments Directive) erfüllt und hochgenaue und zuverlässige Messungen der wichtigsten physikalischen Größen wie Spannung, Strom, Leistung und Energieverbrauch gewährleistet. Dieses Modul ist auf der STM32C0-Mikrocontroller-Plattform in Verbindung mit dem ATM90E36A-Chip aufgebaut und ermöglicht eine zuverlässige Kommunikation mit der Hauptsteuereinheit über die Modbus RTU-Schnittstelle.

Ein weiteres Modul, das wir entwickelten, ist eine Adapterplatine, die direkt in den Anschluss des tragbaren WallBox integriert wird. Dieses Modul dient zur Überhitzungserkennung des Steckers und gewährleistet eine erhöhte Sicherheit und Schutz während des Ladevorgangs. Wie die anderen Module ist es auf dem STM32C0-Mikrocontroller aufgebaut und kommuniziert mit der Hauptsteuereinheit über das LIN-Protokoll, was einen effizienten und zuverlässigen Datenaustausch ermöglicht.

Wir entwickelten auch ein Modul namens “Tesla Button” für das drahtlose Öffnen des Ladeports des Elektrofahrzeugs durch Drücken eines Knopfes am Ladegerät. Dieses Modul ist ebenfalls auf der STM32C0-Mikrocontroller-Plattform entwickelt und enthält einen integrierten RF-Chip mit einer Antenne, die eine zuverlässige drahtlose Kommunikation für eine bequeme Steuerung des Ladeports bietet.

Ein weiteres von uns entwickeltes Modul ist das LTE-Modul, das als zusätzliche Option für die Kunden von R-EVC konzipiert wurde. Dieses Modul wird in Situationen verwendet, in denen keine Wi-Fi-Verbindung verfügbar ist.

Es ist als Steckmodul konfiguriert, ausgestattet mit einem Quectel-Modem und einem physischen SIM-Karten-Slot. Die Kommunikation zwischen diesem LTE-Modul und der Hauptsteuereinheit ESP32-S3 erfolgt über die UART-Schnittstelle.

Für R-EVC entwickelten wir auch eine separate Desktop-Anwendung für die Erstinbetriebnahme und Qualitätskontrolle der Ladegeräte während der Produktion.Unsere Zusammenarbeit mit R-EVC setzt sich fort mit Unterstützung für die Serienproduktion und möglichen Innovationen entsprechend den Bedürfnissen ihrer Kunden.

Zusammenfassung:

• ESP32-S3

• ČSN EN 61851

• Intelligentes Laden von EVs mit Control Pilot-Signal

• Strom-, Spannungs- und Temperaturmessung

• Phasenzahl- und Netztyperkennung

• Überspannungs-, Unterspannungs-, Überhitzungs- und Leckstromerkennung

• RTC, NVS, Modbus RTU

• BLE-Kommunikation mit der mobilen App (Android, iOS)

• OTA-Firmware-Update

• Analyse und Verbindung zu umliegenden Wi-Fi-Netzwerken

• HTTPS, MQTT 5, JWT

• OCPP

• STM32C0 ARM® Cortex®-M

• MID-zertifizierter Stromzähler

• Adaptermodul mit LIN-Kommunikation

• Tesla Button

• LTE-Modul

• Desktop-Anwendung für die Produktion

Schließen Sie sich den Kunden an, die uns vertrauen