Soluzioni innovative per veicoli elettrici

MOBILITA' ELETTRICA –

Per scegliere i componenti migliori per i veicoli elettrici i progettisti devono poter contare su un partner competente e obiettivo, in grado di proporre le opzioni migliori per una soluzione completa e ottimizzata.

L'ottimizzazione dei sistemi elettronici che caratterizzano i veicoli elettrici, cioè i sistemi di pilotaggio del motore elettrico e di gestione della batteria, richiede una scelta accurata dei componenti. I prodotti selezionati devono infatti soddisfare molti requisiti, tra cui alta efficienza energetica e affidabilità, alto livello di integrazione (necessario per ridurre i costi), immunità alle interferenze elettromagnetiche, conformità alla norma Iso 26262 sulla sicurezza funzionale degli autoveicoli, certificazione Aec e così via. Molti produttori di semiconduttori hanno messo a punto offerte rivolte specificamente ai veicoli elettrici oppure dispongono di prodotti che, sebbene siano stati concepiti per una varietà di applicazioni, si adattano perfettamente alle esigenze della mobilità elettrica.

Soluzioni per il pilotaggio del motore

Il sistema di pilotaggio del motore elettrico può beneficiare di tutti i progressi che riguardano l'elettronica di potenza, sia a livello di componenti di commutazione, sia a livello di dispositivi di controllo. Per quanto riguarda la prima categoria di prodotti, oggi la scelta cade generalmente sugli Igbt e i componenti da privilegiare sono quelli che assicurano basse perdite di conduzione, capacità di sopportare alti valori di corrente e tensione, facilità di raffreddamento. Renesas ha messo a punto una “roadmap” precisa per l'evoluzione dei suoi dispositivi nei prossimi anni, sia per gli Igbt sia per i Mosfet di potenza presenti nell'offerta della società. Per quanto riguarda invece i componenti che fanno parte dei circuiti di controllo, un progresso significativo è rappresentato dalla disponibilità di isolatori in silicio, che possono sostituire i tradizionali optoisolatori, trasformatori di isolamento. Uno dei principali produttori di isolatori in silicio è Silicon Labs. Nella soluzione sviluppata da questa società, al posto degli elementi illuminanti viene impiegata la radiofrequenza, il che consente di utilizzare normali die Cmos invece di diodi Led e fotodiodi, con numerosi vantaggi tra i quali maggiore affidabilità e minor emissioni, costi più contenuti, minor numero di componenti esterni, solo per citarne alcuni. Silicon Labs utilizza questa tecnologia per realizzare isolatori digitali (serie Si84xx), in sostituzione diretta degli optoisolatori, e gate driver isolati (serie Si823x e Si822x). In questo secondo caso i componenti Silicon Labs permettono di sostituire i trasformatori di isolamento (o il classico opto-isolatore accoppiato con il relativo driver), offrendo vari vantaggi tra cui una precisa regolazione del “tempo morto” in cui entrambi i commutatori sono in off: con un aumento del 4% in efficienza energetica. L'alimentazione a commutazione del motore richiede anche sensori di corrente; sempre da Silicon Labs giungono i sensori di corrente della famiglia Si85xx, basati su una bobina di Rogowski, cioè su un induttore accoppiato che assicura una bassissima perdita e basso ringing poiché aggiunge al circuito solo 1,3 milliohn e 2 nanohenry. Questi dispositivi sono anche molto piccoli: solo 4x4x1 mm. Da non sottovalutare, infine, che il controllo dell'elettronica di potenza richiede ovviamente anche un adeguato microcontrollore.

La gestione della batteria

Al fine di garantire sicurezza e lunga durata, la batteria agli ioni di litio richiede un continuo monitoraggio per assicurare il bilanciamento delle diverse celle di cui è composta e per segnalare immediatamente gli eventuali malfunzionamenti. Per questo tipo di applicazione Intersil propone i dispositivi complementari ISL78600 e ISL78601, rispettivamente manager e monitor per batterie composte da sei a dodici celle. La soluzione è in grado di rilevare una varietà di malfunzionamenti tra cui circuiti aperti, sovratensioni, sottotensioni, sbilanciamenti tra le celle, temperatura eccessiva. È prevista la possibilità di collegare più dispositivi tra loro in daisy-chain per monitorare fino a 14 pacchi di batterie (da 6 a 12 celle agli ioni di litio ognuno); il collegamento usa segnali differenziali per garantire immunità al rumore e quindi può impiegare un semplice doppino. Sempre da Intersil giunge un altro componente per la gestione delle batterie fino a dodici celle: si tratta di ISL94212, dotato di interfaccia Spi ma non qualificato automotive (Aec-Q100) come i precedenti.
Maxim propone invece il MAX17830, una soluzione per il monitoraggio di batterie fino a dodici celle con tensione fino a 80 volt, dotato di ladder SMBus per applicazioni automobilistiche. Anche in questo caso più dispositivi possono essere collegati tra loro in daisy-chain. È ancora Maxim a proporre gli Afe (Analog front-end) MAX14920 e MAX14921, per misure su batterie fino a un massimo di dodici o sedici celle rispettivamente. Entrambi consentono misure simultanee su tutte le celle con una precisione di ±0.5mV, che li rende adatti a batterie con una curva di scarica molto piatta. Dalla stessa società arrivano anche gli amplificatori current-senseMAX4080 e MAX4081 per il monitoraggio delle batterie, in grado di trattare tensioni fino a 76 volt con una precisione dello 0,1%. Anche la gestione della batteria può richiedere funzioni svolte da un microcontrollore.

L'importanza di un partner preparato
Naturalmente la carrellata di proposte che abbiamo indicato non esaurisce il tema della scelta dei componenti per la mobilità. Occorre tenere presenti infatti anche altri elementi di valutazione: la necessità di componenti passivi certificati Aec-Q200 (come gli induttori prodotti da Coilcraft) e la varietà dei requisiti posti da veicoli elettrici diversificati come biciclette elettriche, vetture per i campi da golf, carrelli elevatori ecc. È importante, quindi, che i progettisti di veicoli elettrici possano contare su un partner competente e obiettivo, in grado di proporre tutte le opzioni migliori per comporre una soluzione completa e ottimizzata. Grazie a una line card che include aziende fornitrici leader nei settori di competenza, e a una squadra di Field Application Engineer altamente preparati, Avnet Memec è il partner ideale anche per i progettisti che operano nel settore della mobilità elettrica.

Pubblica i tuoi commenti