Il supporto alla sicurezza e all'affidabilità dei veicoli a nuova energia

Nonostante il calo dei sussidi, a giudicare dai nuovi progetti di cui si è parlato di recente sui media, nel mio Paese gli investimenti nei veicoli alimentati da nuove energie, in particolare quelli elettrici, restano elevati. Al "2017 China Electric Vehicle Hundred People Forum" tenutosi all'inizio di quest'anno, il Ministro dell'Industria e della Tecnologia dell'Informazione Miao Wei ha affermato che il Ministero dell'Industria e della Tecnologia dell'Informazione ha assunto la guida nella compilazione del "Piano di sviluppo a medio e lungo termine per l'industria automobilistica", che definisce chiaramente gli obiettivi di sviluppo della produzione annuale di veicoli a nuova energia del mio Paese, che raggiungerà i 2 milioni entro il 2020 e che la quota di vendite di veicoli a nuova energia nelle vendite totali del mio Paese supererà il 20% entro il 2025.

Anche all'estero le normative sempre più severe in materia di risparmio energetico e riduzione delle emissioni stanno stimolando lo sviluppo futuro di veicoli alimentati da nuove fonti energetiche. In un precedente rapporto, McKinsey ha sottolineato che entro il 2030 i veicoli elettrici rappresenteranno il 50% delle vendite globali di auto nuove.

Lo sviluppo futuro dei veicoli a nuova energia può essere descritto come un "campo di speranza". Tuttavia, per le imprese, opportunità e sfide sono sempre state complementari.

Attualmente, i veicoli alimentati da nuove fonti energetiche, in particolare quelli elettrici, devono ancora affrontare problemi quali rischi per la sicurezza, autonomia di guida ridotta, insufficiente affidabilità dell'architettura del sistema, qualità non uniforme del prodotto, costi elevati e difficoltà di ricarica. Tra queste, la sfida più importante è la sicurezza e l'affidabilità del sistema. Dopotutto, per lo sviluppo del mercato e per i consumatori, indipendentemente da quanto sia lungimirante la tecnologia o quanto siano attraenti le politiche preferenziali, "sicurezza e affidabilità" rappresentano la garanzia più critica e fondamentale.

Ciò richiede che, oltre alle innovazioni in tecnologie chiave come batterie, motori e controlli elettronici, tutte le aziende manifatturiere interessate raggiungano risultati anche nei componenti di base fondamentali come connettori, sensori, contattori e relè. Anche questi "ruoli di supporto", originariamente utilizzati nel settore automobilistico tradizionale, stanno aumentando di numero man mano che l'architettura elettronica ed elettrica viene migliorata in modo significativo, svolgendo un ruolo di supporto fondamentale nell'affidabilità e nel perfezionamento dell'intera architettura del sistema.

Connettere, percepire e proteggere nella nuova architettura elettrica

Prendendo come esempio l'architettura del sistema dei veicoli elettrici, essa è composta da diversi componenti principali, tra cui batterie, motori di azionamento e controlli elettronici, scatole di distribuzione ad alta tensione, sistemi di ricarica e apparecchiature elettriche ausiliarie ad alta tensione. Che si tratti dei componenti stessi o dell'intera architettura del sistema, tutto ciò implica connessione, rilevamento e protezione; connessione e rilevamento sono la base, mentre la protezione si ottiene tramite connessione e rilevamento. Tuttavia, rispetto ai veicoli tradizionali, questi componenti principali devono affrontare requisiti e sfide più rigorosi nell'ambito dell'architettura del sistema ad alta tensione e ad alta corrente.

Innanzitutto, in quanto componente di base necessario per la connessione elettrica dei sistemi di circuiti, la capacità di trasporto di corrente, la resistenza alla tensione e i requisiti di affidabilità del connettore aumentano ulteriormente in condizioni di alta tensione e alta corrente. Inoltre, a potenze così elevate, un altro problema importante a cui vanno incontro i connettori è l'interferenza elettromagnetica. Allo stesso tempo, le operazioni di collegamento e scollegamento sotto tensione in circuiti ad alta tensione genereranno archi elettrici, che metteranno seriamente a repentaglio i collegamenti elettrici e le apparecchiature elettroniche e potrebbero causare incendi nelle auto. Questi problemi richiedono una progettazione e uno sviluppo speciali dei connettori.

Per quanto riguarda il contattore principale che collega e scollega la batteria di alimentazione all'inverter, la nuova architettura del sistema elettrico richiede che esso non solo gestisca correnti continue molto elevate, ma anche che disconnetta in modo sicuro le correnti di sovraccarico. In caso di cortocircuito della batteria, questi contattori devono essere in grado di trasportare migliaia di ampere finché il fusibile principale non interrompe il circuito. Secondo il regolamento della Commissione economica per l'Europa "ECE R-100, Veicoli elettrici a batteria", i veicoli alimentati a batteria devono generalmente essere dotati di dispositivi di protezione quali fusibili, interruttori automatici o contattori principali per evitare che la batteria di alimentazione si surriscaldi a causa della sovracorrente.

Diamo un'occhiata a un altro componente fondamentale: il sensore. Secondo gli esperti del settore, la tendenza futura allo sviluppo dei sensori per veicoli puramente elettrici è quella di raggiungere la miniaturizzazione, la multifunzionalità, l'integrazione e l'intelligenza. Ciò richiede che il sensore non solo abbia le caratteristiche di piccole dimensioni, basso prezzo ed elevata affidabilità, ma debba anche essere ulteriormente migliorato in termini di precisione, funzionalità e intelligenza.

Oltre ai tre tipi di componenti sopra menzionati, vi sono anche componenti di base quali protettori di circuito, interruttori di manutenzione manuale, relè, cablaggi, ecc., che devono essere anch'essi aggiornati in base alla nuova architettura elettrica. Tuttavia, per gli OEM l'innovazione dei singoli componenti è certamente importante, ma ciò che apprezzano di più è la stabilità e l'affidabilità del sistema, e ciò di cui hanno bisogno è una soluzione sistematica più "affidabile".

In risposta a ciò, TE Connectivity (TE), leader mondiale nelle soluzioni di connettività e sensori, ha sfruttato la sua vasta esperienza nella generazione, trasmissione e distribuzione ad alta tensione e ha iniziato a migliorare e innovare costantemente i suoi prodotti nel campo dei veicoli a nuova energia diversi anni fa, impegnandosi a fornire soluzioni di sistema sicure e affidabili. Attualmente, in molti collegamenti della nuova architettura elettrica sono disponibili soluzioni adeguate per affrontare le sfide nello sviluppo di nuovi veicoli energetici.

Le soluzioni di sistema "accompagnano" ogni aspetto dell'architettura elettrica

●Il collegamento e la protezione del pacco batteria sono una parte fondamentale della sicurezza del veicolo

Essendo il componente più importante e la fonte di energia dei nuovi veicoli energetici, il pacco batteria non è solo pesante, ma ha anche una struttura relativamente complessa. È composto da più moduli batteria, ciascuno dei quali è costituito da diverse o decine di celle. Tra questi, la trasmissione di corrente e la trasmissione del segnale tra i moduli, tra le celle della batteria e all'interno del sistema di gestione della batteria (BMS) che gestisce le celle della batteria richiedono vari collegamenti, nonché il monitoraggio della corrente e della temperatura, e la batteria deve avere un connettore ad alta tensione per trasmettere energia all'esterno. Pertanto, l'affidabilità della connessione delle celle, della connessione dei moduli, dell'interfaccia ad alta e bassa tensione e del monitoraggio della corrente e della temperatura è fondamentale.

Inoltre, negli ultimi anni si sono verificati frequenti episodi di esplosioni e combustione spontanea di veicoli alimentati da nuove energie, la maggior parte dei quali sono correlati alle batterie. Secondo Li Wanxiang, direttore generale vendite e marketing per la divisione automotive di TE nella Grande Cina, "In condizioni di alta tensione, il contatto e la disconnessione del circuito di corrente sono molto pericolosi e possono facilmente produrre archi. Se non gestiti correttamente, il prodotto potrebbe esplodere e bruciare". Ciò rappresenta una grande sfida per la progettazione del circuito di precarica, l'abbinamento di fusibili e contattori, ecc.

Si può affermare che il collegamento e la protezione del pacco batteria siano elementi cruciali per la sicurezza del veicolo. A questo proposito, oltre a fornire schede di collegamento delle celle della batteria (ICB), soluzioni di collegamento dei moduli (M2M), connettori di segnale a bassa tensione e sensori di corrente, le complesse serie di prodotti di connettori ad alta tensione e ad alta corrente e di contattori ad alta tensione di TE sono state pienamente riconosciute dalle case automobilistiche.

Connettori ad alte prestazioni per correnti elevate e dimensioni ottimizzate. Il sistema di connettori ad alta tensione AMP+ HVP 800 di TE trasmette in modo sicuro correnti e tensioni elevate dalle batterie agli inverter e ai motori utilizzando fino a 250 A in conduttori da 50 mm². Questa linea di connettori è caratterizzata da un'ampia gamma di temperature e dimensioni dei fili, nonché da molteplici opzioni di progettazione a prova di errore, che la rendono adatta a un'ampia gamma di applicazioni di veicoli ibridi ed elettrici. Il montaggio è semplificato da un tirante ausiliario che consente una bassa forza di inserimento. Si ritiene che, oltre al connettore ad alta tensione HVP800, TE abbia sviluppato anche HVP1100, PCON21 e altri prodotti di connettori ad alta tensione e alta corrente.

Sistema di connettori ad alta tensione AMP+ HVP 800 di TE

Una combinazione di fusibili ad alta tensione e contattori ad alta tensione che sopprimono efficacemente gli archi di commutazione. Analogamente al serbatoio del carburante di un'auto convenzionale, anche i sistemi di accumulo dell'energia nei veicoli ibridi ed elettrici devono essere protetti dal sovraccarico termico. Per bloccare in tempo la corrente dopo lo spegnimento del veicolo o in caso di guasto, di solito si utilizza una combinazione di fusibili ad alta tensione e contattori ad alta tensione nel collegamento tra la batteria di alimentazione e il circuito elettrico. Il contattore ad alta tensione EVC 250 di TE è un dispositivo di sicurezza sviluppato appositamente per soddisfare i requisiti di questa applicazione. Il prodotto ha una maggiore distanza tra i contatti e una potenza di commutazione ottimizzata. È dotato di un magnete ad alte prestazioni per l'estinzione dell'arco elettrico e, in combinazione con altre misure, è in grado di sopprimere efficacemente l'arco di commutazione. Può raggiungere una corrente nominale continua di 250 A e sopportare sovracorrenti fino a 6.000 A per 20 ms senza compromettere le prestazioni critiche. Vale la pena sottolineare che la camera di commutazione del contattore ad alta tensione EVC 250 è stata ottimizzata per interrompere completamente la corrente anche in condizioni di bassa pressione a un'altitudine massima di 5.000 metri.

Contattore principale ad alta tensione EVC 250 di TE

Oltre al contattore ad alta tensione EVC 250, TE ha sviluppato anche una serie di contattori ad alta tensione e relè precaricati quali EVC500, EVC135, EVC175 e HV Mini-k. Tra i dispositivi di sicurezza, TE ha anche sviluppato appositamente un interruttore di manutenzione manuale (MSD) per affrontare i rischi per la sicurezza causati da un funzionamento improprio durante la manutenzione del pacco batteria.

"Il senso di responsabilità di TE per la sicurezza è un fattore chiave nello sviluppo di nuovi prodotti. Garantiamo di fornire soluzioni sicure e affidabili per tutte le applicazioni. Inoltre, il paese ha ora requisiti molto severi sulla densità energetica dei pacchi batteria. Tutti i produttori di pacchi batteria sperano di immagazzinare quanta più elettricità possibile nel più piccolo spazio possibile. Pertanto, avranno requisiti molto severi sullo spazio dei connettori o di altri componenti ausiliari. Ora utilizziamo connettori da 0,5 mm per soddisfare questa richiesta." ha aggiunto Li Wanxiang.

● Il miglioramento della tecnologia di ricarica è fondamentale per lo sviluppo di nuove fonti energetiche

Negli ultimi due anni, una serie di incendi di veicoli elettrici causati dalla ricarica hanno riportato in primo piano la questione della sicurezza dei veicoli alimentati da nuove fonti energetiche. TE ha sempre posto la sicurezza al primo posto nei suoi prodotti di cavi di ricarica e ha realizzato tutte le risorse necessarie per le soluzioni di ricarica: dai cavi ai contattori, dai contatori ai lettori di schede, dagli schermi alle prese. In termini di sicurezza e affidabilità, il sistema di ricarica TE è dotato di funzioni di monitoraggio, rilevamento e protezione, tra cui: monitoraggio della messa a terra, rilevamento degli errori di cablaggio, prevenzione di sovratensioni e sottotensioni che influiscono sulla ricarica, protezione da cortocircuiti in condizioni di sovracorrente, diagnosi dei relè e protezione da surriscaldamento, ecc.; garantendo così la sicurezza dell'intero processo di ricarica.

Oltre alle batterie e ai sistemi di ricarica, l'architettura elettrica comprende anche molti aspetti relativi al rilevamento e alla protezione delle connessioni per motori, controlli elettronici e apparecchiature elettriche ausiliarie ad alta tensione, come connessioni schermate ad alta tensione, resolver, sensori di temperatura, morsettiere e connessioni di segnali a bassa tensione. TE attualmente dispone di soluzioni sistematiche per abbinare questi componenti.

"Come fornitore di componenti, TE spera di dare pieno sfogo alla nostra competenza per promuovere il rapido sviluppo del settore cinese dei veicoli a nuova energia. Per quanto riguarda i problemi di sicurezza dei veicoli a nuova energia, da un lato, seguiremo rigorosamente i requisiti delle case automobilistiche o dei fornitori di sistemi per garantire l'affidabilità e la coerenza dei nostri prodotti; dall'altro, faremo suggerimenti corrispondenti da una prospettiva professionale per migliorare le considerazioni dei clienti sull'intera architettura. Questa è la nostra responsabilità e la nostra missione." Li Wanxiang ha detto in un'intervista.

Ciò ha ricordato al reporter un commento fatto dal professore della Tsinghua University Ouyang Minggao in un precedente forum di settore: "Lo slancio di sviluppo dei veicoli a nuova energia è molto rapido, ma uno slancio eccessivo non è necessariamente una buona cosa. Una volta che si verifica un grave incidente di sicurezza, causerà un colpo devastante all'intero settore dei veicoli a nuova energia. Ciò richiede un'attenzione speciale e le aziende devono avere un senso di soggezione". In questo caso, le "imprese" includono non solo gli OEM, ma anche vari fornitori di componenti nella filiera industriale. Incoraggiamoci a vicenda!

Vincitore del Qingyun Plan di Toutiao e del Bai+ Plan di Baijiahao, del Baidu Digital Author of the Year 2019, del Baijiahao's Most Popular Author in the Technology Field, del Sogou Technology and Culture Author 2019 e del Baijiahao Quarterly Influential Creator 2021, ha vinto numerosi premi, tra cui il Sohu Best Industry Media Person 2013, il China New Media Entrepreneurship Competition Beijing 2015, il Guangmang Experience Award 2015, il China New Media Entrepreneurship Competition Finals 2015 e il Baidu Dynamic Annual Powerful Celebrity 2018.