Caso studio: il System on Modules Variscite nelle stazioni di ricarica per veicoli elettrici

Panoramica del progetto

Un’azienda statunitense specializzata nello sviluppo e nella commercializzazione di EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment) ha contattato Variscite dopo aver fatto uscire la sua prima generazione di EVSE e aver iniziato lo sviluppo di una nuova versione più avanzata. L’azienda produce EVSE in Asia per clienti commerciali e privati; la maggior parte viene installata nei parcheggi di palazzi di uffici.

Mentre la prima generazione di EVSE dell’azienda si rivolgeva a clienti commerciali (es.: stazioni di ricarica nei parcheggi degli uffici), la seconda generazione era pensata per i clienti privati. Ciò richiedeva una riduzione dei costi di produzione. Inizialmente, l’azienda aveva previsto di basare l’EVSE di seconda generazione su quello di prima generazione, ma ben presto questa impostazione ha sollevato gravi criticità.

Requisiti di progettazione chiave per l’EVSE di seconda generazione

Nella progettazione del nuovo EVSE di seconda generazione, che doveva essere più avanzato ma meno costoso, è stata data priorità alle seguenti caratteristiche:

• Interfacce integrate e opzioni di connettività multiple per assicurare pienamente la gestione dell’energia, la misurazione della carica, la rilevazione e segnalazione di guasti, il calcolo dei costi e la fruibilità dell’interfaccia utente.
• Ottimizzazione dei costi per rendere il prodotto accessibile ai clienti non commerciali.
• Funzionamento a temperature industriali (da -40 a +85°C), così da consentire l’impiego all’aperto.
• Possibilità di aggiornamenti OTA (over-the-air) per aumentare la sicurezza e l’adattabilità del software.
• Possibilità di configurazioni multiple, in modo da consentire al nuovo design della stazione di ricarica di soddisfare una serie di requisiti di installazione.
• Time-to-market rapido, e quindi metodologie di sviluppo rapide.

Principali problemi in fase di sviluppo

• Negli ultimi anni il mercato dei veicoli ibridi ed elettrici ha acquisito un notevole slancio, con un aumento della domanda di prodotti e servizi correlati e la necessità impellente di far uscire un prodotto di seconda generazione in grado di rivolgersi ai consumatori privati.
• Un EVSE è un prodotto di alta gamma e costoso per la necessità di integrare più funzionalità e componenti. Di conseguenza, eventuali ritardi nello sviluppo avrebbero avuto un impatto diretto sulla generazione di ricavi, aumentando il rischio di cancellazione del progetto.
• Tale progetto è iniziato in un periodo in cui il mercato tecnologico non si era ancora ripreso del tutto dalla recente carenza di componenti elettronici a livello globale: l’accesso a componenti di silicio di alto valore come i SoC era limitato.
• L’esposizione dell’EVSE a condizioni climatiche avverse richiedeva che tutti i componenti fossero in grado di funzionare a temperature industriali (da -40°C a +85°C).
• L’azienda prevedeva di offrire più varianti di prodotto con alcune differenze nelle specifiche, tra cui la connettività Ethernet per l’installazione nei parcheggi degli edifici commerciali e funzionalità WiFi per l’installazione nelle abitazioni private. Ciò richiedeva due design diversi, aumentando i tempi e i costi di sviluppo.

L’EVSE e la soluzione System on Module

Sebbene l’azienda avesse inizialmente iniziato a lavorare su un progetto di scheda “chip-down” e non con un approccio System on Module (SoM), il team di sviluppo si è presto reso conto che molti componenti critici non erano disponibili per l’acquisto in piccole quantità. Non avendo accesso alla tecnologia più recente, l’azienda ha studiato possibili alternative, tra cui passare a una soluzione “off-the-shelf”.

“Sapevamo che c’era il potenziale per un lancio più rapido, ma avevamo dei dubbi sull’off-the-shelf”, ha spiegato il vicepresidente della divisione R&D dell’azienda. “In primo luogo, i nostri ingegneri non avevano alcuna esperienza nella progettazione di prodotti con un approccio SoM, quindi non sapevamo quali difficoltà avremmo potuto incontrare lungo il percorso. Invece con un design puramente chip-down avremmo saputo cosa aspettarci. In secondo luogo, dal momento che avevamo completamente riadattato il nostro progetto iniziale di EVSE per soddisfare le nostre specifiche funzionali, temevamo di dover scendere a compromessi sul nostro progetto di EVSE di prossima generazione a causa delle limitazioni imposte dall’integrazione di un SoM off-the-shelf”.

“Dopo esserci consultati con gli ingegneri di Variscite per determinare i requisiti del SoM da utilizzare come nucleo del nuovo progetto EVSE, abbiamo stabilito che un approccio basato sul SoM poteva funzionare bene sia dal punto di vista della disponibilità dei componenti che della funzionalità del prodotto”, ha aggiunto il vicepresidente al R&D.

La soluzione scelta: il VAR-SOM-6UL

Il SoM scelto è stato il System on Module VAR-SOM-6UL di Variscite, basato sul SoC i.MX 6UL di NXP con 256 MB di RAM e 256 MB di memoria NAND.

Il VAR-SOM-6UL:

• Funziona a temperature industriali (da -40°C a +85°C).
• Consente una piena connettività Ethernet e WiFi.
• Ottimizza i costi consentendo prezzi adatti al mercato del consumo privato.
• Risulta compatibile con le applicazioni di controllo integrate: ideale per un EVSE.

Utilizzando l’ampia gamma di opzioni del VAR-SOM-6UL, l’azienda ha creato due diverse configurazioni: una compatibile con i requisiti per gli uffici commerciali e un’altra per l’installazione in abitazioni private. Entrambe le varianti condividono lo stesso software e lo stesso design della scheda portante, con solo piccoli adattamenti.

Scalabilità e longevità del design

Basare il progetto del nuovo EVSE sul VAR-SOM-6UL ha anche un altro vantaggio: il design del SoM pin-compatibile con gli altri moduli della famiglia di prodotti “VAR-SOM Pin2Pin” di Variscite. Questo consente la migrazione a SoM Pin2Pin Variscite alternativi in aggiornamenti futuri o per prolungare il ciclo di vita del prodotto.

“Pensando al futuro, abbiamo deciso di utilizzare un SoM pin-compatibile per garantire la flessibilità necessaria allo sviluppo di ulteriori varianti e generazioni future senza modificare il progetto hardware di base e il software incorporato”, ha spiegato il vicepresidente della divisione R&D dell’azienda.

Risultati e impatto sul progetto

Il passaggio all’architettura basata sul SoM ha snellito il progetto e consentito uno sviluppo più efficiente. Il ciclo di sviluppo del prodotto è stato ridotto di circa il 50% rispetto alla generazione precedente.

“Il passaggio a un’architettura basata su SoM è stato relativamente semplice, grazie all’eccezionale assistenza tecnica di Variscite”, ha dichiarato il vicepresidente al R&D. “Il ciclo di sviluppo così ridotto ha superato le nostre aspettative e quando abbiamo affrontato sfide tecniche complesse, come l’implementazione dell’avvio sicuro e di aggiornamenti software OTA sicuri, il team di assistenza di Variscite ha dimostrato la sua esperienza e fornito soluzioni efficaci e rapide che hanno mantenuto il nostro progetto sui binari giusti.”