Le attrezzature di supporto a terra (Ground Service Equipment o GSE), spina dorsale delle operazioni aeroportuali, svolgono un ruolo fondamentale nello smistamento di passeggeri, bagagli, merci, e aeromobili, garantendo il regolare svolgimento di tutte le attività aeroportuali.
Ogni elemento delle GSE ha una funzione specifica per assicurare la sicurezza, la puntualità, e l'efficienza delle operazioni a terra dell'aeroporto, dal carico e scarico delle merci al rifornimento degli aerei, dal trasporto dei passeggeri da e verso gli aeromobili alla gestione delle situazioni di emergenza.
Con la crescente pressione sul settore aeronautico per la riduzione delle emissioni di gas serra, l'Associazione Internazionale del Trasporto Aereo (IATA) ha individuato l'elettrificazione delle GSE come una delle misure principali per ridurre drasticamente l'utilizzo di combustibili fossili. Il raggiungimento di obiettivi di riduzione delle emissioni sempre più rigorosi richiede l'elettrificazione della flotta globale di GSE, ed una tecnologia delle batterie avanzata e flessibile è fondamentale per agevolare questa transizione.
In questo articolo, esamineremo i fattori che influenzano l'adozione delle GSE elettrificate (eGSE) e come un innovativo pacco batterie della ditta CAMY [1] permette di accelerare questa transizione per i produttori di eGSE. Il pacco batterie KUINETIC di CAMY sfrutta l'innovativa tecnologia di monitoraggio (detto “chip-on-cell”) di Dukosi e il protocollo di comunicazione proprietario C-SynQ per offrire una soluzione innovativa di batterie per le applicazioni eGSE.
Sostenibilità nel settore aeronautico ed elettrificazione delle GSE
Il settore dell'aviazione è sottoposto a crescenti pressioni per ridurre la propria impronta ambientale e la IATA sta collaborando con la Commissione europea (UE), impegnandosi nell'ambiziosa iniziativa “Fly Net Zero”, che mira a raggiungere emissioni nette di CO2 pari a zero entro il 2050. La IATA ha individuato l'elettrificazione delle GSE come una delle misure di sostenibilità essenziali per raggiungere l'obiettivo “Fly Net Zero”. Secondo alcune stime le emissioni si ridurrebbero di 1,8 milioni di tonnellate all'anno se tutte le GSE fossero alimentate elettricamente.
Molti dei più grandi aeroporti del mondo, tra cui Amsterdam Schiphol, Londra Heathrow e l'aeroporto internazionale di Hong Kong, hanno già avviato il processo di elettrificazione delle proprie GSE. In Europa, gli elevati costi iniziali per la transizione alle eGSE e alle infrastrutture di supporto sono sovvenzionati dai governi, con il Green Deal europeo che ha stanziato 1,3 miliardi di euro per progetti in 21 aeroporti. Il settore, tuttavia, deve affrontare diverse sfide prima di completare il processo di elettrificazione delle flotte:
- Il mercato delle eGSE è caratterizzato da una domanda ancora limitata e, seppure in espansione, la varietà d’offerta è ancora limitata rispetto alle tradizionali apparecchiature diesel. I produttori / OEM devono innovare per ampliare la propria offerta di prodotti, ma gli aspetti economici sono complicati dalle esigenze del mercato. Le GSE sono un mix di apparecchiature altamente specializzate per applicazioni specifiche derivanti spesso da veicoli stradali di serie adattati, e raggiungere economie di scala attraverso l'uso di componenti condivisi è complesso. I tradizionali pacchi batteria piatti, ad esempio, risultano spesso inadatti alla varietà di eGSE esistenti, determinando una potenziale proliferazione di componenti e infrastrutture di ricarica dedicate.
- Le apparecchiature eGSE devono essere progettate per funzionare in ambienti difficili, soggetti a temperature e umidità estreme, e devono essere in grado di resistere ai livelli di vibrazione e urto associati al trafficato piazzale aeroportuale.
- Il piazzale aeroportuale è un ambiente soggetto ad EMI unico, caratterizzato da radar ad alta potenza e altre comunicazioni wireless tra aeromobili e apparecchiature di terra, oltre a generatori e motori di grandi dimensioni che emettono diverse frequenze elettromagnetiche. Le apparecchiature elettriche e di comunicazione devono funzionare in modo impeccabile rimanendo immuni alle interferenze di tale ambiente.
- Significativi interventi infrastrutturali potrebbero essere necessari per assicurare stazioni di ricarica adeguate in posizioni strategiche e accessibili ai veicoli di supporto a terra. Inoltre, potrebbe essere necessario potenziare i collegamenti alla rete elettrica per gestire carichi maggiori, con la potenziale conseguenza di ulteriori ritardi e costi.
- Le procedure di gestione della flotta esistenti potrebbero dover essere aggiornate per affrontare le differenze tra veicoli con motore a combustione interna e veicoli eGSE, in particolare per quanto riguarda la gestione delle batterie. I tempi di inattività per la ricarica devono essere presi in considerazione nella pianificazione operativa e la durata della batteria deve essere attentamente monitorata in un ambiente di utilizzo così intenso.
- La sicurezza è un aspetto fondamentale da considerare durante l'installazione, manutenzione e gestione delle stazioni di ricarica, il che richiederebbe nuovi protocolli operativi e formazione del personale.
Nonostante queste ed altre sfide, la transizione verso le eGSE offre significativi e molteplici vantaggi al gestore aeroportuale, oltre alla riduzione delle emissioni di CO2 e di polveri sottili. I motori elettrici sono ideali per le esigenze dei veicoli GSE, le cui caratteristiche operative tipiche includono frequenti cicli di avvio e arresto, funzionamento a bassi regimi e brevi tragitti entro il raggio limitato del perimetro aeroportuale. Le elevate coppie prodotte dai motori elettrici sono inoltre ideali per il trasporto di carichi pesanti. I progressi tecnologici nel settore continuano a trainare l'elettrificazione delle GSE e le continue innovazioni nella tecnologia delle batterie e nei sistemi di gestione dell’energia contribuiscono in modo sostanziale a questo progresso.
DKCMS: come Dukosi sta aiutando a ridefinire le batterie per eGSE
L'innovativo sistema DKCMS di Dukosi è stato concepito appositamente per massimizzare prestazioni, affidabilità e sicurezza nei sistemi di batterie avanzati, con un'architettura intrinsecamente flessibile che si adatta a un'ampia gamma di formati, chimiche di cella e configurazioni di batterie. A differenza dei sistemi di monitoraggio nelle batterie al litio convenzionali, che si basano sull'aggregazione a livello di modulo delle celle, il DKCMS fornisce dati granulari a livello di cella, consentendo un monitoraggio più accurato delle condizioni della batteria e di ogni singola cella. Per i pacchi eGSE ad alta tensione, i dati molto più accurati permettono di aumentare l'estrazione di energia da ciascuna cella, consentendo l'utilizzo di batterie più piccole e leggere o una maggiore capacità a parità di volume, migliorando al contempo l'affidabilità e la tracciabilità delle celle a supporto di un'economia circolare delle batterie.
Al centro dell'architettura DKCMS della Dukosi (Figura 1) si trovano il chip di monitoraggio delle celle DK8102 ed il gestore di sistema DK8202, integrati con il protocollo di comunicazione proprietario C-SynQ e della libreria software (API). A differenza dei sistemi di gestione della batteria (BMS) tradizionali, che monitorano gruppi di celle, il sistema Dukosi consente di montare il DK8102 direttamente su ogni singola cella. Questo monitoraggio a livello di cella permette una gestione più accurata e un'ottimizzazione del funzionamento della batteria, consentendo al contempo di identificare le celle meno efficienti o difettose in tempi notevolmente più rapidi rispetto al monitoraggio a livello di modulo. Questo monitoraggio più accurato e granulare supporta la manutenzione preventiva ed il riutilizzo per altre funzioni di ciascuna cella del pacco batteria contribuendo a migliorarne l'affidabilità e prolungandone la durata.
I dati di ciascun DK8102 vengono acquisiti in modo sincrono dall'hub DK8202 tramite il protocollo C-SynQ, che garantisce una latenza deterministica attraverso una comunicazione RF “contactless” su una singola linea antenna, e trasmessi al microcontrollore del BMS principale. Quest’architettura semplifica notevolmente l’architettura della batteria e ne migliora l'affidabilità eliminando l’uso di connettori – e quindi i punti di guasto più comuni – e offrendo anche diversi vantaggi cruciali per un produttore di eGSE.
Maggiore flessibilità e scalabilità
Le batterie eGSE sono disponibili in un'ampia gamma di formati e voltaggi, il che rende essenziali la flessibilità e la scalabilità. L'architettura tradizionale a moduli non si presta a tale varietà, rendendo necessarie soluzioni personalizzate costose e di nicchia, nonché lunghi cicli di sviluppo. Il DKCMS offre un approccio più flessibile, consentendo di disporre le celle dei pacchi batteria in base allo spazio disponibile o persino di utilizzarle per integrare la massa strutturale del veicolo. Una semplice antenna a striscia comunica con ciascun monitor DK8102, supportando qualsiasi formato di cella ed eliminando i vincoli imposti dai cablaggi tradizionali.
A differenza dei sistemi modulari e cablati, che in genere si dimensionano a blocchi discreti, il DKCMS consente di configurare le batterie una cella alla volta. Ciò garantisce ai progettisti una maggiore libertà progettuale, permettendo di ottimizzare le capacità delle celle utilizzate. Inoltre, il progetto è indipendente dalla chimica delle celle, supportando NMC, LFP e chimiche emergenti come quelle agli ioni di sodio o chimiche miste, garantendo agli OEM la flessibilità necessaria per far fronte a variazioni di approvvigionamento o a requisiti regionali specifici, senza dover alterare l'architettura di base.
Garantire affidabilità, sicurezza e manutenzione
Affidabilità e sicurezza sono requisiti fondamentali negli ambienti aeroportuali. Eliminando i tradizionali cablaggi, i circuiti stampati e i connettori, DKCMS può migliorare l'affidabilità dei sistemi batterie fino a due volte rispetto ai sistemi tradizionali, consentendo alle eGSE di resistere in modo più efficace alle vibrazioni e agli urti presenti durante il funzionamento quotidiano.
Il DKCMS affina il monitoraggio termico della batteria consentendo la misurazione della temperatura su ogni singola cella, tramite un sensore integrato in ciascun Cell Monitor e la possibilità di aggiungere fino a due termistori addizionali per cella. Ciò permette l'identificazione precoce di anomalie, particolarmente critiche in scenari ad alto carico, migliorando la sicurezza in presenza di cicli di carica e scarica aggressivi. Integrata con misurazioni di tensione sincrone e ad alta precisione, l'analisi a livello di cella migliora l'accuratezza dei calcoli di SoH (stato di salute) e SoC (stato di carica) supporta la manutenzione preventiva, e prolunga la vita utile della batteria. Ogni Cell Monitor contiene una memoria integrata nel chip che memorizza i dati essenziali della cella, garantendo una solida tracciabilità a livello di singola cella e agevolando scelte più consapevoli sul destino delle celle a fine vita, tra il reimpiego in applicazioni di seconda vita e l'avvio alle filiere di riciclo appropriate.
I vantaggi in termini di manutenzione sono notevoli: la riduzione dei cablaggi e del numero di componenti si traduce in una BoM più snella, con un numero di componenti fino a dieci volte inferiore, semplificando l’architettura della batteria, rendendola più leggera e di più facile manutenzione. Questa semplificazione non solo riduce il costo totale di gestione (TCO = Total Cost of Ownership), ma facilita anche strategie di manutenzione preventiva più efficaci.
Batteria KUINETIC di CAMY per eGSE
CAMY ha collaborato con Dukosi integrando l'architettura DKCMS nel suo innovativo pacco batterie, progettato per soddisfare le esigenze specifiche del mercato delle attrezzature di supporto a terra elettriche (eGSE). Il pacco batterie KUINETIC (Figura 2), soluzione compatta e leggera, sfrutta le potenzialità del DKCMS con la tecnologia C-SynQ per offrire sicurezza, affidabilità e prestazioni elevate in un'architettura altamente scalabile e flessibile.
La comunicazione “contactless” a livello di cella della batteria KUINETIC consente di eliminare i fragili cablaggi e i connettori soggetti a guasto per cause fisiche quali usura, cortocircuiti e allentamenti indotti dalle vibrazioni. Il risultato è un prodotto robusto con una durata fino a 10 anni, in grado di resistere agli urti e alle sollecitazioni tipici del trafficato piazzale aeroportuale. Dati precisi e aggiornati da ciascuna cella garantiscono cicli di carica ottimali, contribuendo alla longevità della batteria, mentre le informazioni sullo stato di salute (SoH) possono essere utilizzate per migliorare la manutenzione preventiva ed evitare la dismissione prematura delle celle. Inoltre, avendo la sostenibilità come priorità assoluta, i dati SoH consentono processi di smaltimento e riciclo più sicuri e responsabili al termine del ciclo di vita delle batterie.
L'architettura “contactless” della batteria CAMY KUINETIC consente inoltre di gestire una maggiore varietà di configurazioni, architetture e implementazioni eGSE. Questa caratteristica offre vantaggi significativi agli OEM, che puntano a ottenere economie di scala riducendo il numero di componenti e le BoM, contribuendo ad accelerare la transizione dell'industria aeronautica globale verso le eGSE.
Il ruolo chiave dei sistemi di batterie innovativi nel futuro delle eGSE
L'integrazione della tecnologia DKCMS di Dukosi consente alla batteria KUINETIC di CAMY di stabilire un nuovo riferimento nella progettazione di pacchi batteria per il mercato eGSE. Grazie al monitoraggio a livello di cella abilitato dal DKCMS, il BMS con comunicazione “contactless” garantisce un sistema di accumulo energetico ad alte prestazioni, sicuro, facilmente mantenibile e sostenibile. L'architettura DKCMS si traduce in una batteria più leggera, scalabile, e flessibile rispetto ai modelli tradizionali, facilmente adattabile alle diverse configurazioni richieste dal mercato eGSE.
Le eGSE si adattano perfettamente alle caratteristiche operative dei terminal aeroportuali e delle operazioni di rampa, garantendo un ambiente più pulito sia per i passeggeri che per i lavoratori e contribuendo al raggiungimento degli obiettivi Fly Net Zero del settore. Tuttavia, le prestazioni, la durata, l'impatto ambientale e il successo complessivo delle eGSE dipendono fortemente dalla tecnologia delle batterie e da innovazioni come il DKCMS, che possono facilitare una più rapida elettrificazione degli aeroporti.
[1] Sichuan CAMY New Energy Co., Ltd. (CAMY)
