E-Mobilité - WallBox Portable EcoVolter

Développement complet et optimisation de la WallBox portable EcoVolter pour le R-EVC

R-EVC (Richtr-Electric Vehicle Connectors), une entreprise spécialisée dans la fabrication et la distribution de câbles de recharge pour véhicules électriques à travers l’Union Européenne, a fait face à un défi lié à la transparence de son processus de développement. Bien qu’ils aient déjà un produit développé et commercialisé avec succès – le WallBox portable – leur modèle de développement initial manquait de transparence et était lié au nombre d’unités vendues. Avec le temps, ce modèle a mené à une perte de confiance parmi leurs partenaires.

R-EVC a donc commencé à chercher un nouveau partenaire pour établir un processus de développement solide et transparent dès le départ. L’objectif était de définir des principes de collaboration clairs et durables, capables de favoriser une croissance et une confiance à long terme entre toutes les parties prenantes. C’est ainsi qu’ils se sont tournés vers nous, ASN Plus, où la transparence dans le processus de développement est l’un de nos principes fondamentaux. En tant que spécialistes dans le développement d'électronique, de firmware et d'applications de communication, nous sommes le partenaire idéal pour ceux qui exigent un cycle de développement efficace, clair et transparent.

N’ayant reçu aucune donnée relative à l’appareil existant, la seule option était de concevoir le dispositif entier depuis zéro, en tirant parti de l’expérience de R-EVC autant que possible. En première étape, nous avons réalisé une analyse initiale approfondie, comprenant la définition de toutes les exigences fixées par le client et les autorités de certification. À l’étape suivante, nous avons proposé des améliorations significatives de la fonctionnalité de l’appareil et de tout l’écosystème.

Parmi ces fonctionnalités figurent l’utilisation intelligente de plusieurs technologies de communication, permettant au WallBox portable de choisir indépendamment la connexion la plus disponible. Tout peut être facilement contrôlé via une nouvelle application mobile.

Nous avons ensuite entrepris l’implémentation technique des composants du projet, en surmontant plusieurs défis en cours de route. Par exemple, l’un d’eux consistait à maintenir les dimensions matérielles existantes tout en intégrant des fonctionnalités étendues, afin que les outils de moulage par injection utilisés pour le boîtier stylisé puissent encore être utilisés, tout en respectant toutes les normes pertinentes. Le WallBox portable entier est constitué de plusieurs cartes de circuits imprimés interconnectées via la carte de contrôle principale. Notre objectif était d’assurer une intégration harmonieuse de toutes les parties tout en maintenant un haut niveau de fonctionnalité, de modularité, de qualité et de conformité aux normes les plus récentes. Altium Designer a été utilisé pour concevoir le schéma et les circuits imprimés. En parallèle avec le développement matériel, nous avons également travaillé sur le développement de firmware à l’aide de kits de développement.

L’unité de contrôle principale est basée sur le microcontrôleur avancé ESP32-S3, qui intègre les frontaux de communication Bluetooth et Wi-Fi. Ce microcontrôleur dispose de deux cœurs et prend en charge le système d’exploitation RTOS, que nous avons pleinement exploité pour développer un firmware complexe et sophistiqué. Cette architecture nous a permis d'atteindre un haut niveau de fiabilité et de sécurité, essentiels pour un fonctionnement stable et sûr de tout le système.

Dans un premier temps, nous avons implémenté la fonctionnalité matérielle de l’appareil conformément à la norme ČSN EN 61851, garantissant la protection de l'appareil et des utilisateurs, notamment par des tests de sécurité automatisés, une protection contre les surtensions, ainsi que la détection de surchauffe, de sous-tension et de fuite de courant. Nous avons également mis en œuvre une fonction de recharge intelligente utilisant le signal Control Pilot et le basculement de phase, avec une prise en charge de la recharge en monophasé et triphasé. D’autres fonctions incluent la détection du type de réseau ainsi que la mesure de la tension de charge et le réglage du courant de charge approprié.

Processus de développement transparent, charge intelligente et gestion mobile avancée des chargeurs de VE

Dans la phase suivante du développement de l’unité de contrôle principale, nous avons réussi à implémenter la communication BLE, permettant le contrôle et le suivi complets de l’appareil directement depuis l’application mobile. Cette fonctionnalité offre aux utilisateurs un accès facile à la gestion du WallBox portable depuis leurs appareils mobiles, y compris le paramétrage des paramètres de recharge et des horaires. L’application indique également aux utilisateurs combien ils ont dépensé pour chaque cycle de recharge. Nous avons utilisé le framework multiplateforme Flutter pour le développement de l'application.

Nous avons également priorisé la sécurité en intégrant une protection logicielle, garantissant que seuls les utilisateurs autorisés ou groupes d'utilisateurs ont accès à l'appareil. Cette phase de développement comprenait également l’implémentation de mises à jour OTA (Over-The-Air) du firmware, permettant des mises à jour sans fil simples du firmware directement via l'application mobile, assurant un support et des mises à jour à long terme sans intervention physique.

Dans le développement de l’unité de contrôle principale, nous avons implémenté la communication Wi-Fi, permettant à l’appareil de scanner automatiquement les réseaux Wi-Fi environnants et de se connecter aux réseaux connus. Si aucun réseau connu n’est disponible, l’utilisateur peut facilement entrer le mot de passe approprié via l’application mobile pour connecter l'appareil à un nouveau Wi-Fi. Cette approche offre aux utilisateurs finaux une gestion de la connexion pratique et flexible. Nous avons ensuite intégré plusieurs protocoles de communication de la couche application, tels que HTTPS, MQTT 5 et JWT (JSON Web Token), pour assurer la sécurité et la fiabilité de la transmission de données. Un autre composant clé de cette phase a été l’implémentation du protocole OCPP, facilitant l’intégration fluide et la gestion efficace des WallBox portables, adaptant pleinement l'appareil aux besoins de l’infrastructure de l’e-mobilité moderne.

En plus de l’unité de contrôle principale, nous avons également conçu et développé plusieurs modules matériels complémentaires pour les clients de R-EVC. Ces modules offrent des fonctionnalités étendues et sont conçus pour apporter une valeur ajoutée.

Tous les modules sont basés sur le microcontrôleur moderne STM32C0, une alternative rentable et disponible aux anciens microcontrôleurs 8 bits de ST. Ce choix a permis d'optimiser les coûts et d’améliorer la disponibilité pour un large éventail d’applications. L'un des modules développés est un compteur électrique certifié, conforme à toutes les exigences de la MID (Directive des Instruments de Mesure), garantissant une mesure précise et fiable des principales grandeurs physiques telles que la tension, le courant, la puissance et la consommation d’énergie.

Ce module est conçu sur la plateforme du microcontrôleur STM32C0 en conjonction avec la puce ATM90E36A et permet une communication fiable avec l'unité de contrôle principale via l'interface Modbus RTU.

Un autre module que nous avons développé est une carte adaptatrice qui s’intègre directement dans le connecteur du WallBox portable. Ce module est conçu pour détecter la surchauffe du connecteur, assurant une sécurité et une protection accrues pendant la recharge. Comme les autres modules, il est construit sur le microcontrôleur STM32C0 et communique avec l'unité de contrôle principale via le protocole LIN, permettant un échange de données efficace et fiable.

Nous avons également développé un module “Tesla button” pour l’ouverture sans fil du port de charge du véhicule électrique en appuyant sur un bouton situé sur le chargeur. Ce module est également conçu sur la plateforme du microcontrôleur STM32C0 et inclut une puce RF intégrée avec une antenne, offrant une communication sans fil fiable pour un contrôle pratique du port de charge.

Un autre module que nous avons développé est le module LTE, conçu comme une option complémentaire pour les clients de R-EVC. Ce module est utilisé dans les situations où la connectivité Wi-Fi n’est pas disponible. Il est configuré comme un module enfichable, équipé d'un modem Quectel et d'un emplacement physique pour carte SIM. La communication entre ce module LTE et l'unité de contrôle principale ESP32-S3 se fait via l'interface UART.

Pour R-EVC, nous avons également développé une application de bureau distincte pour la mise en service initiale et le contrôle qualité des chargeurs en production. Notre collaboration avec R-EVC se poursuit avec un support pour la production en série et des innovations potentielles en fonction des besoins de leurs clients.

Résumé :

• ESP32-S3

• ČSN EN 61851

• Recharge intelligente de VE à l'aide du signal Control Pilot

• Mesure de courant, tension, température

• Détection du nombre de phases et du type de réseau

• Détection de surtension, sous-tension, surchauffe, fuite de courant

• RTC, NVS, Modbus RTU

• Communication BLE avec l'application mobile (Android, iOS)

• Mise à jour OTA du firmware

• Analyse et connexion aux réseaux Wi-Fi environnants

• HTTPS, MQTT 5, JWT

• OCPP

• STM32C0 ARM® Cortex®-M

• Compteur électrique certifié MID

• Module adaptateur avec communication LIN

• Tesla button

• Module LTE

• Application de bureau pour la production

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