Automotive elettrico: il charger di Newtwen e Meta System

Con la transizione dal motore a combustione interna a quello elettrico, il settore dell’automotive sta attraversando una vera e propria rivoluzione: per garantire che al 2050 il settore dei trasporti diventi a emissioni zero, dal 2035 tutte le nuove auto in arrivo sul mercato UE non potranno emettere CO2.

Ad oggi, l’Europa rappresenta il secondo mercato al mondo per i veicoli elettrici, dopo la Cina, e si prevede che, a livello globale, entro il 2040 circoleranno 730 milioni di auto elettriche in tutto il mondo. Una transizione complessa che prevede non solo il cambio di veicolo ma anche il potenziamento dell’infrastruttura di ricarica, l’efficientamento della tecnologia delle batterie e il ripensamento dell’intera filiera automotive. L’Agenzia Europea dell’Ambiente (AEA) sottolinea, ad esempio, la necessità di assicurare che l’alimentazione dei veicoli elettrici (EV) provenga da fonti rinnovabili e che le batterie che alimentano i motori incrementino la propria autonomia e il ciclo di vita, riducendo così il consumo di materie prime. Ad accelerare l’adozione di EV in Europa e nel resto del mondo concorre dunque lo sviluppo di soluzioni tecnologiche che rendano in primis le batterie sempre più performanti.

Newtwen, azienda deep tech dell’Università di Padova, rivoluziona il panorama della mobilità e dell’energia sostenibile con la tecnologia del Digital Twin on Edge (DToE), che prevede l’applicazione di un “gemello digitale”, ovvero una replica digitale ad alta fedeltà di sistemi fisici integrata direttamente nel firmware dei powertrain dei veicoli elettrici, per monitorare costantemente i parametri anche in punti altrimenti fisicamente inaccessibili e di conseguenza ottimizza prestazioni, longevità e affidabilità dei dispositivi utilizzati nelle auto elettriche. Newtwen risponde così alle sfide poste dalla transizione elettrica dei veicoli ottimizzando l’impiego delle materie prime.

Insieme a Meta System, azienda di Reggio Emilia specializzata in sistemi elettronici avanzati per il settore automobilistico, Newtwen ha sviluppato un’applicazione innovativa del gemello digitale dedicata all’ottimizzazione dell’On-board charger (OBC) che è stata presentata in occasione di E-Charge, la più importante manifestazione europea nel settore delle tecnologie di ricarica per l’e-mobility tenuta il 16-17 novembre a Bologna.

L’on-board charger è un’unità ad alta potenza deputata alla trasformazione e al controllo dell’alimentazione di rete, proveniente dalla colonnina di ricarica, per rifornire la batteria dell’auto. Per la prima volta, la tecnologia Digital Twin on Edge consentirà di fornire una panoramica ad alta risoluzione e in tempo reale dello stato termico dell’On-board Charger, restituendo dati oggettivi e realistici relativi alle temperature superficiali dei componenti elettronici di potenza. Queste informazioni, finora considerate inaccessibili, permetteranno alle case automobilistiche di progettare nuove strategie di alimentazione garantendo una ricarica efficiente, rapida e sicura e aprendo la strada allo sviluppo di veicoli elettrici di nuova generazione. In particolare, la batteria potrà essere caricata più velocemente fino al 30%. Fino ad oggi è stato difficile effettuare una gestione termica accurata degli OBC: di conseguenza, sono sempre stati sovradimensionati, richiedendo l’integrazione di costose e ingombranti tecnologie hardware aggiuntive per il raffreddamento delle batterie, con importanti conseguenze su peso del veicolo, tempi di ricarica e costo delle batterie.

Come funziona il Digital Twin on Edge applicato all’On-board Charger

La progettazione dell’OBC deve vincere sfide difficili quali garantire la massima efficienza, tempi di ricarica rapidi e una gestione termica eccellente entro i limiti di spazio e peso. Il gemello digitale di Newtwen utilizza e analizza dati in tempo reale relativi a tensione della corrente alternata in ingresso, corrente di carica, temperature dei moduli di potenza, temperatura e portata del refrigerante. Grazie al posizionamento di sensori virtuali, a una modellazione particolarmente dettagliata e a sofisticati algoritmi di calcolo, il DToE gestisce in modo armonico le fluttuazioni termiche permettendo un’accuratezza di stima di temperatura con errore inferiore a 2°C in tutto il componente, con particolare attenzione ai punti caldi critici. In questo modo, i progettisti possono avere una visione completa e ad alta definizione dell’intero sistema e sviluppare OBC di nuova generazione più efficienti, che permettono il miglioramento del sistema software per la limitazione dinamica della potenza.