Soluzioni per l’elettrificazione del sistema propulsore

MOBILITA' ELETTRICA –

Un sensore batteria basato su rete Can è in grado di misurare con precisione la tensione, la corrente e la temperatura di batterie al piombo o al litio, e calcolare sulla base dei parametri misurati lo stato della batteria.

Da alcuni anni a questa parte si assiste a una sempre maggior attenzione per soluzioni tecniche che prevedono, in forme diverse, l'utilizzo della propulsione elettrica per gli autoveicoli. Si tratta di soluzioni fra loro anche molto diverse, che vanno dalla propulsione esclusivamente elettrica ad architetture in cui la propulsione elettrica coadiuva un tradizionale motore termico, solitamente conosciute come propulsione “ibrida”. Questo processo viene definito anche come elettrificazione del sistema propulsivo degli autoveicoli e le cause che stanno spingendo in questa direzione possono essere ricondotte da una parte alla maggior attenzione verso gli aspetti ambientali, anche forzata da normative sulle emission sempre più restrittive, dall'altra dalla sempre maggiore importanza attribuita all'efficienza all'uso dell'energia da parte degli autoveicoli. A sua volta l'attenzione all'aspetto dell'efficienza energetica origina sia da preoccupazioni ambientali, in quanto un minor consumo di combustibile si traduce in una minor emissione di CO2, responsabile dell'effetto serra, sia dal notevole incremento nell'ultimo decennio dei combustibili che sono ottenuti dal petrolio.
Differenti tipologie di veicoli ibridi
Non considereremo ora i veicoli interamente elettrici, che oggi sono ancora eccessivamente penalizzati dall'ingombro e dalla limitata capacità delle batterie; per questo motivo infatti sono utilizzati esclusivamente per applicazioni di nicchia, dove è predominante la preoccupazione di carattere ambientale legata alle emissioni. Pur con questa limitazione vi sono comunque molte tipologie differenti di autoveicoli ibridi, in cui almeno in parte si è provveduto ad elettrificare il sistema propulsore. Li ricapitoliamo qui per sommi capi:
- Veicoli “full hybrid” che sono in grado di funzionare in modalità puramente elettrica oppure puramente termica.

- Veicoli “power assist hybrid” che utilizzano il motore termico come motore principale mentre il motore elettrico viene utilizzato per fornire una coppia aggiuntiva quando è necessario. Il vantaggio di questa soluzione è che richiede batterie di dimensioni ridotte e allo stesso tempo anche il motore termico funziona in modalità più efficienti, evitando bruschi cambiamenti di regime.
- Veicoli “mild hybrid”, in cui l'architettura è quella convenzionale del motore termico ma il il motorino di avviamento è di dimensioni maggiori. In questo modo è possibile spegnere e riaccendere il motore termico quando è necessario, per ottimizzare I consumi, quando l'auto è ferma. Questo tipo di soluzione è talvolta definite come Stard and Stop.

- Veicoli plug-in hybrid, sono una soluzione simile ai veicoli “full hybrid”, in cui però le batterie possono essere caricate non solo dal motore termico ma anche da un collegamento alla rete elettrica. Questo permette solitamente di ottenere autonomie di funzionamento nella modalità elettrica significativamente maggiori.
Vi sono poi differenze architetturali, a seconda che il veicolo ibrido sia seriale, esistono quindi due sistemi di propulsione in serie e quello elettrico è l'unico a essere collegato alle ruote oppure parallel, in cui esistono due diversi sistemi di propulsion, termico e elettrico, in grado di mettere in movimento le ruote. Proprio poiché sono così diverse le varianti di architetture di veicolo ibrido, è difficile parlare in modo unitario delle relative soluzioni dal punto di vista dei component a semiconduttore. Qui ci concentreremo su una soluzione, recentemente introdotta da Freescale, che può riguardare la maggior parte di queste applicazioni.

Un sensore per la gestione della batteria
Una soluzione adatta per le applicazioni di questo tipo, in particolare per lo “start and stop” oppure più in generale per la gestione della batteria è il MM9Z1J638 Xtrinsic, un sensore batteria basato su rete Can in grado di misurare con precisione la tensione, la corrente e la temperatura di batterie al piombo o anche al litio, come pure è in grado di calcolare, sulla base dei parametri misurati, lo stato della batteria. La conoscenza esatta di questi parametri della batteria è infatti importante per le architetture di elettrificazione del sistema propulsore di questo tipo di veicoli e fondamentale per l'introduzione di sistemi Start e Stop.
Infatti la conoscenza precisa dello stato di salute, stato di carica e lo stato della funzione della batteria è in grado di fornire diagnosi precoce di guasto imminente, la principale causa di guasti del veicolo a causa del sistema elettrico. Inoltre, il consumo di potenza dello stesso sensore della batteria deve essere la più bassa possibile per garantire l'efficienza energetica. Il sensore batteria MM9Z1J638 Xtrinsic offre una soluzione robusta e conveniente perché, consente la misurazione di precisione di questi parametri fondamentali della batteria. Il dispositivo integra un microcontrollore S12Z e un circuito integrato di controllo analogico SmartMos in un solo package, con un basso livello di consumo. Il sensore è quindi completamente integrato, include un convertitore analogico-digitale a 16 bit con due canali per la misurazione simultanea di tensione della batteria e della corrente e un altro convertitore a 16 bit, indipendente, per misurare la temperatura. Il sensore batteria fornisce un accurato monitoraggio ad alta risoluzione anche in condizioni peggiori per consentire una corretta previsione dello stato di salute, di carica e della funzione della batteria Il sensore può comunicare questi parametri ad intervalli o su richiesta dalla rete di bordo attraverso sia il protocollo Lin che il Can (in questo caso è necessaria un'interfaccia fisica esterna) in ambienti automotive e industriali. Il sensore batteria MM9Z1J638 Xtrinsic è qualificato secondo lo standard automotive AEC-Q100 per funzionare nell'intervallo di temperatura da -40 ° C a +125 ° C ed è disponibile in un package di ridotte dimensioni, Qfn 7x7 mm.

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