Renesas ha presentato una soluzione “Winning Combination” per la mobilità a 48V che aiuta i clienti ad accelerare lo sviluppo di e-scooter, e-bike, UPS e sistemi di accumulo di energia. Questo reference design utilizza un approccio modulare sia nell'hardware che nel software per mostrare blocchi funzionali di base e opzionali che possono essere adottati per molte applicazioni da 24V-48V come tosaerba, carrelli elettrici, robot pulitori, utensili elettrici, power bank e altro. Utilizza inoltre 15 circuiti integrati Renesas, inclusi tre dispositivi chiave: il front-end della batteria a 16 celle ISL94216 (BFE), i robusti driver MOSFET HIP2211 da 100 V e il microcontrollore (MCU) RX23T a 32 bit per il controllo del motore. La soluzione per la mobilità a 48V è alimentata da una batteria agli ioni di litio da 25 Ah che aziona un inverter da 1600 W in grado di raggiungere velocità fino a 5000 giri/min.
“Le opzioni di micromobilità quali gli e-scooter e le e-bike offrono un attraente veicolo a basse emissioni per i viaggi del primo e dell'ultimo miglio. La crescente domanda di queste applicazioni sta guidando nuove capacità di gestione della batteria poiché il bilanciamento delle celle gioca un ruolo sempre più critico nella ricarica”, ha affermato DK Singh, Director, Systems and Solutions Team di Renesas. “La nostra nuova soluzione per la mobilità a 48V combina l'avanzato BFE di Renesas, un MCU di riferimento del settore con una serie di dispositivi analogici e di alimentazione e una tecnologia di controllo del motore innovativa per aiutare i clienti ad accelerare lo sviluppo dei loro e-scooter ad alta potenza e coppia e delle loro e-bikes.”
La soluzione per la mobilità a 48V include due schede che si interfacciano con il numero più elevato di celle della batteria e i livelli di potenza richiesti dalle applicazioni di mobilità. Il BFE e la scheda charger si concentrano su pacchi batteria più grandi e con tensione più elevata. La scheda di controllo motore e inverter presenta misurazioni di corrente/tensione sincronizzate e driver che utilizzano la modulazione PWM per attivare il motore e monitorare lo stato dello stesso. L'algoritmo con l'hardware è ideale per pilotare motori CC brushless (BLDC). Inoltre, sono disponibili due schede opzionali: la scheda receiver per la ricarica wireless e la scheda di controllo Bluetooth Low Energy (BLE 5.0).
Per il controllo del sistema, la soluzione utilizza un MCU RX23T con unità a virgola mobile (FPU) incorporata ottimizzato in termini di costi ed efficienza energetica e sei timer ad alte prestazioni appositamente progettati per algoritmi complessi di controllo inverter. Queste caratteristiche specifiche e il design modulare aiutano gli ingegneri a ridurre notevolmente le ore di lavoro nello sviluppo e nel debug di software/hardware. Inoltre, a differenza di altri gestori di batterie con elevato numero di celle single-chip, Renesas ISL94216 offre numerose funzionalità che bilanciano e monitorano le condizioni del sistema per migliorare la durata e la sicurezza della batteria, indipendentemente dall'MCU. La soluzione utilizza anche il controller buck-boost sincrono bidirezionale a 4 switch 60V ISL81601 per una ricarica ultra rapida. Il profilo di carica CC/CV del controller è implementato tramite l'MCU del sistema.
Caratteristiche principali della Winning Combination per la mobilità 48V
Scheda BFE e charger
- ISL94216 16-cell BFE: supporta fino a 200 mA+ di bilanciamento delle celle esterne – caratteristica chiave per consentire una ricarica rapida e un elevato utilizzo in grandi pacchi batteria con tolleranza hot plug fino a 62V
- BFE: fornisce protezione e monitoraggio della batteria high-side completa per pacchi batteria da 4S a 16S
- Renesas RX23T 32-bit MCU con FPU integrata supporta il totale controllo dell’intero sistema
- Renesas ISL28214 op amps fornisce un basso consumo e polarizzazione di ingresso, e ISL81601 massimizza l'efficienza di ricarica e utilizza il rilevamento della corrente e il monitoraggio I/O per regolare i livelli di ingresso
- Renesas ISL84051 multiplexer gestisce fino a otto ingressi con connettività RDSon ridotta e tempi di commutazione quantificabili in nanosecondi
Scheda controllo motore e inverter
- La scheda di controllo motore e inverter supporta un pacco batteria da 48 V e può raggiungere 5000 giri/min utilizzando un gruppo inverter da 1600 watt con sensori di controllo motore
- La scheda di controllo motore e inverter include un convertitore DC/DC, ISL28191 op-amp current sensors, regolatore LDO ISL80410, driver MOSFET half-bridge HIP2211 da 100 V e banco di MOSFET; si collega alla BFE e alla scheda charger
Schede opzionali e applicazione per mobile phone
- Scheda di controllo BLE con MCU RX23W: consente la connettività sicura del telefono cellulare tramite BLE per il controllo dell'acceleratore, lo stato della batteria, la connessione GPS e la cronologia salvata; si collega al BFE e alla scheda charger. Questo MCU è stato scelto specificamente dalla stessa famiglia RX per consentire la progettazione monotonica del software
- Scheda ricevitore Wireless charging: dispone di due ricevitori wireless Renesas utilizzati in parallelo per aumentare la potenza secondo necessità; si collega al BFE e alla scheda charger
- Applicazione per mobile phone per sbloccare lo scooter, il controllo della potenza ON/OFF e l’accensione del motor
- La soluzione per la mobilità invia dati diagnostici e parametrici al canale BLE protetto del telefono cellulare a intervalli di 1 secondo
