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Controllo e Display per Colonnine di Ricarica EV

Controllo e Display per Colonnine di Ricarica EV

ENEL X S.R.L.

Abbiamo progettato le elettroniche di interfacciamento e di visualizzazione per il più grande network di ricarica EV nazionale.

Introduzione

Nel 2018 siamo stati contattati dalla più grande azienda italiana di distribuzione di energia elettrica. L'obiettivo, per gli anni successivi, era quello di creare, sull'intero territorio nazionale, una rete di colonnine di ricarica EV a bordo strada per utilizzo pubblico.

CJB si è occupata di progettare una soluzione di integrazione industriale comprensiva di elettronica e display, da integrare nel design e nelle meccaniche fornite dal committente.

Ad oggi, CJB ha fornito al cliente, che ha immesso sul territorio nazionale, circa 20.000 unità di queste colonnine EV.

Come è fatta una colonnina EV

Le colonnine EV per ricarica rapida sono solitamente composte da una robusta meccanica di contenimento, in cui sono racchiuse tecnologie per il controllo di potenza, per la comunicazione con i sistemi centrali di distribuzione energetica, e per la visualizzazione dei dati agli utilizzatori finali. Essendo le colonnine distribuite su tutto il territorio nazionale ed essendo a bordo strada, tutte le elettroniche devono garantire altissimi standard di funzionamento anche in condizioni ambientali estreme (caldo, freddo, umido, pioggia, grandine, vento, neve).

La parte di potenza

L'elettronica di potenza solitamente funziona a 240, 400 o 800 volt, e si occupa di erogare o interrompere la fornitura di energia al veicolo EV connesso.

La parte di comunicazione

L'elettronica di comunicazione con i sistemi centrali si occupa di autenticare l'utente, e trasmettere alla parte di potenza l'autorizzazione a erogare, in misure diverse, l'energie al veicolo connesso. Si occupa inoltre di comunicare e monitorare costantemente l'operatività della colonnina, trasmettendo ai sistemi centrali tutti i dati e le statistiche di funzionamento.

La parte di visualizzazione dei dati

Per permettere all'utente finale di interfacciarsi con la colonnina, è necessario che quest'ultima disponga di un display che sia leggibile e operante sotto le più impegnative condizioni ambientali e atmosferiche. Per ragioni di sicurezza e ridondanza, l'elettronica di controllo del display è separata dall'elettronica di controllo della parte di potenza. CJB ha progettato e fornito tutta la parte di elettronica adibita al controllo del display.

Il ruolo di CJB nella progettazione delle colonnine

CJB ha progettato e fornito tutta la parte di elettronica adibita al controllo del display per la visualizzazione delle informazioni all'utente finale.

Progettare e integrare il display ha richiesto le seguenti fasi di sviluppo:

Analisi dei requisiti, dei costi, dei tempi di consegna

Il cliente ha richiesto lo studio di una soluzione con dei target price, con dei tempi di realizzazione e con la garanzia di una costanza di fornitura per almeno 10 anni a prezzo regolato.

Il cliente ha anche fornito dei target per le failure rates, e ha richiesto lo sviluppo di un piano di assistenza per le riparazioni di eventuali guasti.

Tra le specifiche di progettazione, il cliente ha specificato che CJB avrebbe dovuto sviluppare un protocollo di comunicazione ad-hoc affinché l'elettronica del display dialogasse con l'elettronica di gestione potenza, che sarebbe stata fornita direttamente dal cliente.

Integrazione nel design esistente

Il cliente ha fornito i disegni meccanici e i prototipi delle meccaniche di alloggiamento, e ha chiesto a CJB di studiare una soluzione per alloggiare al suo interno il display e la sua relativa elettronica.

Stesura del progetto e delle specifiche

CJB ha progettato, a partire dai modelli meccanici 3D forniti dal cliente, un telaio di alloggiamento e ha selezionato un display e delle elettroniche basate su tecnologia ARM Linux che soddisfassero i requisiti tecnici richiesti.

Tra questi:

  • Display ultra-luminoso 1000 nits extended-range (capace di operare fino a 70°C di temperatura ambiente, quindi anche al sole)

  • Vetro di protezione del display da 6mm anti-effrazione e anti-vandalo, con certificazione IK10, in grado di resistere ad almeno 20 joule di forza di impatto (ad esempio grandine o lancio vandalico di sassi)

  • Bonding e incollaggio del vetro di protezione con resina siliconica ottica (OCR), ultra-clear e resistente a irraggiamento solare ultravioletto e condizioni atmosferiche avverse

Simulazione e sviluppo del progetto

CJB ha velocizzato la prototipazione e la messa in opera del progetto mediante tecnologie SoftPLC, che fanno uso di meccanismi di Inter-Process Communication. Grazie a questo approccio, è stato possibile modellare una macchina a stati molto complessa e interfacciarsi con le elettroniche di potenza in brevissimo tempo.

Come display, è stato scelto un 10.1" con luminosità minima garantita di 1000 nits e durata nel tempo superiore a 10 anni.

Come elettronica di pilotaggio del display, è stata progettata ad-hoc una scheda ARM industriale con processore Quad-Core e acceleratore grafico, così che l'Interfaccia Utente potesse lavorare fluidamente.

Test di durata e certificazioni

I prototipi sono stati sottoposti a prove distruttive come vibrazioni, urti, torsioni e pressioni secondo gli standard previsti dalla certificazione IK10. Il funzionamento ad altissime e bassissime temperature è stato certificato mediante l'uso di una camera climatica caldo-freddo di cui CJB dispone. La nostra elettronica ha passato agevolmente tutti i test EMI/EMC.

Montaggi in serie

CJB ha avviato il montaggio dei primi lotti, eseguito nel proprio laboratorio attrezzato per gli assemblaggi in serie.

Sviluppi futuri

Le colonnine attuali non dispongono di un pannello touch, ma sono stati sviluppati dei prototipi che fanno uso di display Touch con tecnologia Zytronic, capaci di funzionare anche sotto la pioggia, la neve, l'umidità e il sole battente, sempre rispettando gli standard di ruggedness dettati dalla certificazione IK10.

Risultati ottenuti

CJB ha fornito quasi 20.000 sistemi completi per la messa in opera a bordo strada.

Competenze apprese

Con questo progetto, CJB si è affacciata al mondo delle installazioni pubbliche HMI (Human-Machine Interaction) posizionate a bordo strada.

Il know-how ricavato è stato messo a disposizione dei clienti di CJB che operano nel settore delle vending-machines outdoor, le quali devono operare in condizioni atmosferiche impegnative.

Ad oggi CJB ha la possibilità di progettare o convertire impianti HMI, incluse colonnine EV per la distribuzione di energia elettrica, rendendoli rugged, anti-vandalo, interattivi, interconnessi al Cloud e aggiornati ai più moderni standard tecnologici.

Se avete necessità di sviluppare o integrare colonnine o infrastrutture per la ricarica EV, contattateci per maggiori informazioni.