Modellazione termica

Le prestazioni delle batterie dipendono in larga misura dalla temperatura delle loro celle, che è legata alla loro natura chimica e fisica, nonché influenzata da diversi altri fattori, come la resistenza interna e lo scambio di calore.

Per questo, realizzare un modello termico preciso di una batteria richiede un'ottima conoscenza della termofluidodinamica dei componenti del sistema, non solo all'interno della batteria ma anche di tutti i sottosistemi che hanno la funzione di mezzo per il trasferimento del calore.

La figura in basso mostra i risultati di un esperimento svolto durante le attività di test di un propulsore elettrico da corsa con una batteria raffreddata a liquido. Le temperatura delle celle e del refrigerante sono state modellate con un errore massimo di ±1,5°C.

Input del modello:

• calibrazione del modello termico delle celle della batteria;
• velocità del veicolo;
• coppia del motore elettrico;
• sistema di gestione termica (raffreddamento ad aria, pompe di calore o scelto dal cliente).

Il modello è in grado di simulare la temperatura di ogni cella della batteria, mantenendo basso lo sforzo di calcolo e permettendo l'uso del modello anche in applicazioni in tempo reale. Il modello è flessibile e facilmente regolabile, per adattarsi a tutta la gamma di soluzioni di gestione della temperatura.

#Modellazione della tensione

Il nostro obiettivo è fornire modelli compatti che diano risultati precisi.

In questo caso, mostriamo un breve confronto fra la tensione e lo stato di carica simulati della batteria e i dati sperimentali. Il nostro modello è facile da regolare e può essere usato per simulare le prestazioni elettriche di batterie ad alta tensione composte da diversi tipi di celle agli ioni di litio.

Grazie alle varie attività di calibrazione, il modello ci permette di simulare la tensione della batteria con un errore relativo minore dell'1% rispetto ai dati sperimentali e lo stato di carica con un errore assoluto ancora inferiore.

La varietà di applicazioni in cui lo abbiamo impiegato ci consente di verificare l'affidabilità e la precisione delle simulazioni, verificando la bontà dei risultati in architetture con propulsori automobilistici a 800 V e in molti altri ambiti.

Cosa ci distingue dalle soluzioni precedenti:

• precisione e flessibilità;
• emulazione completa dei flussi elettrici e termici;
• possibilità di gestire qualunque tipo di alimentatore sul mercato.

Alma Automotive fornisce sale prove elettrificate e mette al servizio dei clienti le sue competenze nello svolgimento di prove sui gruppi propulsori elettrici. I nostri tecnici sono a disposizione per supervisionare ogni prova e compilare rapporti conclusivi dettagliati, seguendo ogni fase del processo.

Abbiamo sviluppato un modello capace di simulare perfettamente la batteria a partire dalla caratterizzazione delle celle usate o previste. Il sistema riproduce il comportamento elettrico e termico del dispositivo in prova e si dimostra estremamente flessibile e preciso, dando la possibilità di gestire l'elettronica di diversi fornitori. Utilizza il bus cc comune da 600 V per controllare un emulatore di batteria da 200 kW fino a 1050 V.

Il freno dinamometrico applicato dipende dalle esigenze specifiche e può essere scelto dall'ampio catalogo di Borghi & Saveri o acquistato dai nostri fornitori selezionati.

Si possono svolgere varie prove per la caratterizzazione del gruppo propulsore elettrico, tra cui:

• verifica delle prestazioni del motore elettrico in punti di funzionamento specifici e in modalità di rigenerazione/freno
• controllo elettrico e della back-EMF del motore (prima e dopo la prova)
• caratterizzazione delle prestazioni del motore elettrico in diverse modalità operative (rotore bloccato, rigenerazione, coppia max)
• prove di resistenza, ciclo di lavoro e velocità
• calibrazione completa dell'inverter

Ogni sala prove è dotata di un sistema di acquisizione basato sulla piattaforma di National Instruments, che include sensori di temperatura, pressione e accelerometri. Il sistema di gestione delle prove può controllare in modalità locale o remota ogni componente della sala prove, come la ventilazione, l'alimentazione o i sistemi di sicurezza, ed è in grado di digitalizzare qualsiasi tipo di trasduttore.

Il nostro sistema di gestione termica personalizzato, invece, può simulare e riprodurre la gestione termica del motore elettrico e dell'inverter, e ci consente di eseguire prove su entrambi controllando la temperatura del refrigerante in tempo reale, emulando il profilo di temperatura che si avrebbe nel ciclo di guida o testando i componenti a una temperatura stabilita.

Il sistema installato nella sala prove permette anche la caratterizzazione meccanica del motore, misurando:

• coppia e coppia di cogging
• velocità
• vibrazioni
• temperature
• portate e pressioni (impianto di raffreddamento ad acqua/glicole)

È possibile condurre prove di trascinamento per misurare le perdite meccaniche e caratterizzare elettricamente il dispositivo in prova mediante analizzatori di potenza di precisione.

• Misurazioni precise dell'efficienza
• Misurazione della tensione e della corrente alternata/continua
• Resistenza di avvolgimento del motore

Infine, forniamo uno strumento di manutenzione predittiva che rileva qualsiasi deviazione dalle condizioni ideali del dispositivo testato durante il funzionamento.
Basandosi sull'intelligenza artificiale, usa i dati raccolti per stimare i livelli attesi degli indicatori (modello di impianto) e confrontarli con i loro valori effettivi. Questo metodo può essere utile anche per calcolare la vita utile residua o gli intervalli di manutenzione ottimali.