Fallstudie: Einbettung des Variscite System on Modules in Ladestationen für Elektrofahrzeuge

Projektübersicht

Ein US-amerikanisches Unternehmen, das sich auf die Entwicklung und Vermarktung von EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment (Ladeeinrichtung für Elektrofahrzeuge)) spezialisiert hat, hat sich an Variscite gewandt, nachdem es seine EVSE der ersten Generation in Betrieb genommen und mit der Entwicklung einer neuen, moderneren Version begonnen hatte. Das Unternehmen stellt in Asien EVSE-Produkte für gewerbliche und private Kunden her, von denen die meisten auf Parkplätzen von Bürogebäuden installiert werden.

Während die erste Generation der EVSE-Produkte des Unternehmens auf gewerbliche Kunden abzielte und Ladestationen auf Büroparkplätzen umfasste, war die zweite Generation für den Verkauf an Privatkunden bestimmt. Dies erforderte eine Produktion zu geringeren Kosten. Ursprünglich plante das Unternehmen, die EVSE der zweiten Generation auf die EVSE der ersten Generation zu stützen, stieß aber bald auf mehrere kritische Herausforderungen.

Wichtige Design-Anforderungen für EVSE der zweiten Generation

Bei der Entwicklung des neuen, fortschrittlicheren und gleichzeitig erschwinglicheren EVSE-Produkts der zweiten Generation des Unternehmens wurden die folgenden Merkmale vorrangig berücksichtigt:

• Mehrere integrierte Schnittstellen und Anschlussmöglichkeiten für die vollständige Unterstützung von Energiemanagement, Lademessungen, Fehler- und Alarmsystemen, Kostenberechnung und Benutzeroberfläche.
• Kostenoptimierung, um das Produkt für nichtgewerbliche Kunden erschwinglich zu machen.
• industrieller Temperaturbereich (-40 bis +85 °C), geeignet für den Außeneinsatz.
• Unterstützung für OTA-Updates (Over-the-Air), um die kontinuierliche Sicherheit und Anpassungsfähigkeit der Software zu gewährleisten.
• Unterstützung für mehrere KonfigurationenDadurch kann die neue Ladestation eine Reihe von Installationsanforderungen erfüllen.
• Kurze Markteinführungszeit, die schnelle Entwicklungsmethoden erfordert.

Zentrale Entwicklungsherausforderungen

• Der Markt für Hybrid- und Elektrofahrzeuge hat in den letzten Jahren deutlich an Dynamik gewonnen, was zu einer erhöhten Nachfrage nach entsprechenden Produkten und Dienstleistungen sowie zu erheblichem Druck geführt hat, schnellstmöglich ein Produkt der zweiten Generation auf den Markt zu bringen, das auf die Bedürfnisse der Verbraucher zugeschnitten ist.
• Eine EVSE ist ein hochwertiges und teures Produkt, da mehrere Funktionen und Komponenten integriert werden müssen. Folglich würden sich Verzögerungen bei der Entwicklung direkt auf die Einnahmen auswirken und das Risiko einer Projektstornierung erhöhen.
• Das Projekt begann in einer Zeit, in der sich der Technologiemarkt noch nicht vollständig von den jüngsten weltweiten Engpässen bei elektronischen Bauteilen erholt hatte, was den Zugang zu hochwertigen Siliziumkomponenten wie SoCs einschränkte.
• Da die EVSEs rauen Wetterbedingungen ausgesetzt sind, mussten alle Komponenten für den Betrieb für den industriellen Temperaturbereich (-40 °C bis +85 °C) ausgelegt sein.
• Das Unternehmen plante, mehrere Produktvarianten mit einigen Spezifikationsunterschieden anzubieten, darunter Ethernet-Anschluss für die Installation auf Parkplätzen von Gewerbegebäuden und WLAN-Funktionalität für den Einsatz in Privathaushalten. Dies erforderte zwei unterschiedliche Designs, was die Entwicklungszeit und -kosten erhöhte.

System-on-Module-Lösung für EVSEs

Obwohl das Unternehmen zunächst mit einem „Chip-Down“-Platinendesign anstelle eines System-on-Module-Ansatzes (SoM) begann, stellte das Entwicklungsteam bald fest, dass viele kritische Komponenten nicht in kleineren Mengen erhältlich waren. Da das Unternehmen keinen Zugang zur neuesten Technologie hatte, untersuchte es Alternativen, darunter auch die Möglichkeit, auf eine Standardlösung umzusteigen.

„Wir wussten, dass es ein Potenzial für eine schnellere Markteinführung gab, aber wir hatten Bedenken, Lösungen von der Stange zu verwenden“, erklärt der VP für Forschung und Entwicklung des Unternehmens. „Erstens hatten unsere Ingenieure noch keine Erfahrung mit der Entwicklung von Produkten nach dem SoM-Konzept, sodass wir nicht wussten, auf welche Schwierigkeiten wir dabei stoßen würden. Bei einem reinen Chip-Down-Design hingegen wussten wir, was uns erwartet. Zweitens befürchteten wir, dass wir die Leistungsfähigkeit unseres EVSE-Designs der nächsten Generation aufgrund der Einschränkungen durch die Integration eines Standard-SoM beeinträchtigen müssten, da wir unser ursprüngliches EVSE-Design vollständig an unsere funktionalen Spezifikationen angepasst hatten.“

„Nach Rücksprache mit den Ingenieuren von Variscite zur Ermittlung der Anforderungen an ein SoM als Kern des neuen EVSE-Designs kamen wir zu dem Schluss, dass ein SoM-basierter Ansatz sowohl hinsichtlich der Komponentenverfügbarkeit als auch der Produktfunktionalität gut funktionieren könnte“, fügte der Vizepräsident für Forschung und Entwicklung hinzu.

VAR-SOM-6UL: Die gewählte Lösung

Als SoM wurde das VAR-SOM-6UL System on Module von Variscite gewählt, das auf dem i.MX 6UL SoC von NXP mit 256 MB RAM und 256 MB NAND-Speicher basiert.

Das VAR-SOM-6UL bietet:

• Industrieller Temperaturbetrieb ohne Unterbrechung (-40 °C to +85 °C).
• Umfassende Konnektivitätsunterstützung für Ethernet- und WLAN-Anforderungen.
• Kostenoptimierung, geeignet für die Preisgestaltung auf dem Verbrauchermarkt.
• Kompatibilität mit eingebetteten Steuerungsanwendungen, ideal für EVSE-Anforderungen.

Unter Verwendung der vielfältigen Konfigurationsmöglichkeiten des VAR-SOM-6UL hat das Unternehmen zwei unterschiedliche Konfigurationen entwickelt: eine, die mit den Anforderungen der Variante für gewerbliche Büros kompatibel ist, und eine weitere für die Installation in Privathaushalten. Beide Varianten haben die gleiche Software und ein gemeinsames Trägerplattendesign, mit nur geringfügigen Anpassungen.

Skalierbarkeit und Zukunftssicherheit des Designs

Ein weiterer Vorteil des VAR-SOM-6UL als Basis für das neue EVSE-Design ist die Pin-Kompatibilität des SoM mit anderen Modulen der „VAR-SOM Pin2Pin“-Produktfamilie von Variscite. Dies ermöglicht die Migration zu alternativen Variscite Pin2Pin SoMs für zukünftige Upgrades oder eine Verlängerung des Produktlebenszyklus.

„Mit Blick auf die Zukunft haben wir uns für ein pinkompatibles SoM entschieden, um die Flexibilität zu gewährleisten, zusätzliche Varianten und zukünftige Generationen entwickeln zu können, ohne das Basis-Hardware-Design und die eingebettete Software modifizieren zu müssen“, erklärte der Vizepräsident für Forschung und Entwicklung des Unternehmens.

Ergebnisse und Auswirkungen des Projekts

Der Übergang zu einer SoM-basierten Architektur straffte das Projekt und erhöhte die Entwicklungseffizienz. Der Produktentwicklungszyklus wurde im Vergleich zur vorherigen Generation um etwa 50 % verkürzt.

„Der Wechsel zu einer SoM-basierten Architektur verlief dank des hervorragenden technischen Supports von Variscite relativ unkompliziert“, so der Vizepräsident für Forschung und Entwicklung. „Der verkürzte Entwicklungszyklus übertraf unsere Erwartungen, und als wir vor komplexen technischen Herausforderungen standen, wie der Implementierung von Secure Boot sowie sicheren OTA-Softwareupdates, bewies das Supportteam von Variscite seine Expertise und lieferte effektive und schnelle Lösungen, die unser Projekt im Zeitplan hielten.“