Relè innovativi per veicoli elettrici

E-MOBILITY –

Le innovazioni introdotte da Omron dimostrano che i produttori di relè possono dare un contributo importante alla realizzazione di una nuova generazione di veicoli elettrici meno costosi e più leggeri.

Il mercato dei veicoli a energia pulita (ibridi, elettrici, a celle di combustibile) è in crescita, e con esso cresce rapidamente anche la domanda di soluzioni che consentano di aumentare l'autonomia fornita dalle batterie, tramite nuove tecnologie di controllo dei carichi in corrente continua. I costruttori di questi veicoli chiedono inoltre componenti che permettano maggiore flessibilità nella progettazione dei circuiti e la riduzione di ingombri e pesi degli apparati elettrici di bordo. Nel campo dei relè per corrente continua a elevati valori di potenza, il mercato offre oggi componenti innovativi caratterizzati appunto da una forte riduzione delle dimensioni e del peso, oltre che da terminali non polarizzati, una caratteristica quest'ultima che ne semplifica l'integrazione circuitale. Omron è tra i primi costruttori di relè che ha proposto relè in continua dotati di terminali non polarizzati, contribuendo non solo alla riduzione delle dimensioni e del peso del dispositivo, ma rendendo anche molto più semplice il cablaggio e il montaggio. Il primo dispositivo Omron basato su questa nuova tecnologia è il G9EN, il relè di potenza per corrente continua ad alta capacità più piccolo e più leggero al mondo. Rivolto specificamente ai veicoli ibridi, elettrici o alimentati con celle a combustibile, il dispositivo è ideale anche per altre applicazioni di potenza in corrente continua nel settore delle fonti energetiche rinnovabili e dell'automazione industriale. Il G9EN ha dimensioni dimezzate, 28 x 40 x 50 mm e pesa la metà, 140 grammi, rispetto ai precedenti relè Omron di caratteristiche confrontabili; un risultato rivoluzionario ottenuto utilizzando nuove tecnologie esclusive per la realizzazione dell'involucro e nuovi metodi di controllo del circuito magnetico.

La struttura sigillata
L'involucro dei relè di potenza per corrente continua contiene un gas pressurizzato che, assicurando il raffreddamento dei contatti, facilita l'estinzione degli archi elettrici. Generalmente questo involucro a tenuta d'aria è costituito da un contenitore ceramico; per il G9EN Omron ha invece messo a punto un nuovo contenitore realizzato in metallo e rivestito in ceramica, che consente di ridurre le dimensioni e il peso del relè. Il nuovo contenitore permette di mantenere invariato o addirittura di aumentare il volume dello spazio interno contenente il gas, pertanto l'efficacia del raffreddamento non viene compromessa.

Controllo magnetico e spegnimento dell'arco
Omron ha inoltre accuratamente progettato tutte le parti del relè: il layout, la spaziatura dei contatti, il circuito di commutazione, il circuito del magnete permanente, in modo da assicurare il tempestivo spegnimento dell'arco elettrico che si forma durante l'interruzione del carico. Questi accorgimenti progettuali fanno sì che l'efficacia dello spegnimento sia indipendente dal verso della corrente, il che consente di evitare la polarizzazione dei terminali. Tale risultato è difficilmente ottenibile nei relè Dc che impiegano il “soffio magnetico”, magnetic blow-out, per interrompere l'arco. Gli esclusivi terminali non polarizzati rendono il G9EN adatto alle applicazioni che richiedono un flusso bidirezionale della corrente. Rendono inoltre irrilevanti la direzione di montaggio e l'orientazione del dispositivo, semplificando notevolmente cablaggio e montaggio e riducendo il rischio di collegamenti errati.

Uno spettro applicativo più ampio
Il nuovo dispositivo Omron si presta in modo ideale a svolgere la funzione di relè principale e relè di precarica nei veicoli con batterie ad alta tensione, come le auto ibride ed elettriche, oltre che nelle unità di disconnessione delle batterie. Può trovare impiego anche nei sistemi ausiliari a servizio dei veicoli ibridi ed elettrici, come caricabatteria, alimentatori ecc. Sebbene sia stato progettato espressamente per la mobilità elettrica, il G9EN è ideale anche per molte altre applicazioni nel campo delle energie rinnovabili che richiedono relè per corrente continua ad alta tensione, come ad esempio i circuiti di alimentazione, feeder, i condensatori delle celle a combustibile, gli impianti fotovoltaici e gli apparati industriali alimentati in corrente continua come sollevatori, robot e sistemi di collaudo.
Relè per alte potenze
Il G9EN Omron fa parte di una famiglia in espansione comprendente numerosi relè per corrente continua ad alta potenza per applicazioni nel campo delle energie rinnovabili, quali gli inverter degli impianti fotovoltaici e delle turbine eoliche connessi alla rete elettrica (la cui protezione è affidata a coppie di relè monostabili, essenziali per assicurare la sicurezza del sistema e dell'operatore), i controllori di ricarica, gli Ups basati su batterie ecc. Omron ha infatti radicalmente riprogettato due preesistenti famiglie di relè, il G7L-PV DPST-NO e il G8P SPST-NO, allo scopo di ottenere le caratteristiche richieste da questo tipo di applicazioni: bassissimo consumo e affidabilità a lungo termine. La principale difficoltà di progetto posta da questi relè consiste nella necessità di soddisfare due requisiti contrastanti: il basso consumo della bobina e un tempo di commutazione molto breve, necessario in condizioni di hot start. Questi componenti devono inoltre essere anche molto longevi, poiché l'ammortamento degli impianti fotovoltaici può richiedere una decina d'anni. Tramite un'accurata riprogettazione, Omron ha ottenuto relè che offrono un tempo operativo medio di soli 20 ms, lunga durata e una bobina a basso consumo.

Verso i 150 ampere


Con il G9EN da 60 ampere, Omron ha compiuto un grosso passo avanti nella riduzione dell'ingombro e del peso dei relè per corrente continua ad alta potenza. Ora la società si sta preparando al lancio di altri nuovi prodotti avanzati, tra cui un “relè principale” da 150 ampere e un relè di precarica con interruzione ad aria dell'arco elettrico (air-break). Le innovazioni introdotte da Omron dimostrano che i produttori di relè possono dare un contributo importante alla realizzazione di una nuova generazione di veicoli elettrici, meno costosi e più leggeri.

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