ZF. Il controllo intelligente della temperatura
C’è un nuovo controllo intelligente della temperatura ideato da Zf, vediamo come funziona. Gli sviluppatori di elettronica di potenza per azionamenti elettrici stavano dimenticando un’importante tassello informativo: quanto siano forti gli sbalzi di temperatura ai quali i chip di silicio installati sono soggetti, in condizioni di guida reali. Certi moduli semiconduttori non sono solo costosi, […]
C’è un nuovo controllo intelligente della temperatura ideato da Zf, vediamo come funziona. Gli sviluppatori di elettronica di potenza per azionamenti elettrici stavano dimenticando un’importante tassello informativo: quanto siano forti gli sbalzi di temperatura ai quali i chip di silicio installati sono soggetti, in condizioni di guida reali. Certi moduli semiconduttori non sono solo costosi, ma anche sensibili.
Il costante riscaldamento e raffreddamento rendono il materiale soggetto allo sbriciolamento. Se il semiconduttore si rompe, l’intero sistema elettronico smette di funzionare. Questa conseguenza risulta decisamente fatale, perché senza queste scatole di controllo, i veicoli elettrici e ibridi smettono, a loro volta, di funzionare. L’elettronica di potenza controlla il flusso di elettricità dalla batteria.
L’elettronica di potenza sovradimensionata rende costosa la sicurezza
Per evitare il malfunzionamento dell’elettronica di potenza, gli ingegneri sono andati sul sicuro aggiungendo ulteriori moduli semiconduttori. Maggiore è la superficie del semiconduttore, migliore è il bilanciamento della temperatura. Tuttavia, «l’elettronica di potenza sovradimensionata non è ottimale quando si tratta di spazio e costi di installazione», afferma Marco Denk, capo della Advanced Engineering Power Electronics della divisione E-Mobility di Zf.
Gli ingegneri cercano sempre di trovare la soluzione ottimale. Proprio in quest’ottica, Marco Denk si è posto la seguente domanda: come possono essere determinate con maggiore precisione le fluttuazioni di temperatura e il loro impatto sulla durata di un semiconduttore?
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Controllo della temperatura senza termometro
L’argomento della tesi presentata da Denk presso l’Università di Bayreuth riguardava proprio un processo per misurare la temperatura dei semiconduttori nell’elettronica di potenza.
Denk affermò che «sembra più facile di quello che appare. L’ipotesi di partenza stabiliva che non fosse possibile utilizzare ulteriori strumenti di misurazione o trasmissione. In realtà, ciò genererebbe costi e ingombri maggiori durante l’installazione». Oltre alla misurazione della temperatura senza termometro, c’era anche la sfida di riuscire a registrare i dati senza utilizzare memoria aggiuntiva o chip radio.
Denk ha scoperto una resistenza nell’elettronica già esistente il cui flusso di segnale poteva fare esattamente al caso suo. Poiché questa resistenza era posta vicino ad uno strato di barriera sotto esposizione di un carico termico consistente, la temperatura diventava calcolabile tramite l’analisi delle differenze di tensione. Alla fine, Denk doveva assicurarsi di riuscire a comprimere e registrare i dati raccolti in modo tale da consentire la possibilità di leggerli e analizzarli dopo l’utilizzo del veicolo.
Componenti ottimali grazie alla brevettata misurazione della temperatura
Denk è riuscito a salvare i valori di controllo della temperatura da diverse unità su un componente di memoria da 8 kilobyte. Il processo di Denk è semplice e, tuttavia, brillante al tempo stesso. Per i risultati ottenuti ha già vinto diversi premi, tra cui il Cti Young Drive Experts Award.
Questo approccio ha permesso a Denk di raccogliere un gran numero di dati sulle fluttuazioni della temperatura che si verificano nel “cuore” del veicolo elettrico. Anche utilizzando i più disparati modelli di autovetture e profili di carico. ZF sta utilizzando il processo brevettato e i dati acquisiti da esso per configurare l’elettronica di potenza in modo ottimale.
