Negli ultimi anni il mercato automotive è stato al centro di grandi cambiamenti, a cominciare dalle sfide della propulsione elettrica, con tutte le necessità legate alla gestione dei motori elettrici con inverter e all’accumulo di energia per mezzo delle batterie.
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Power Analyzer e oscilloscopi per l’automotive
Elettrificazione in ambito automotive
Strumenti multifunzione in grado di acquisire segnali
Per quanto riguarda l’elettrificazione in ambito automotive, ha fatto emergere la necessità di avvalersi spesso di strumenti multifunzione in grado di acquisire segnali, con esigenze a volte tipiche dell’oscilloscopio, a volte del memory HiLogger. In questo articolo concentreremo l’attenzione su queste problematiche.
Ci sono casi in cui è utile impostare l’acquisizione con un datalogger, altri in cui si possono fare misure di potenza sfruttando il fatto che i power analyzer sono a loro volta delle unità multifunzione, in grado di integrare le classiche misure di potenza, efficienza e tutti i parametri correlati, con le misure meccaniche (ingressi Torque e Speed), l’analisi della rete di comunicazione CAN ed eventualmente la generazione di un segnale in uscita con un convertitore D/A.
In quest’ottica il power Analyzer diventa uno strumento complementare all’oscilloscopio ma non solo. L’interazione con il datalogger costituisce un altro punto di forza; nei casi in cui si utilizzano strumenti sviluppati dallo stesso produttore questi possono essere gestiti con software comuni; un esempio è HIOKI GENNECT ONE per il power analyzer PW8001 ed il memory HiLogger LR8450.
I Memory Hi-Logger forniscono un numero di canali molto alto e permettono di personalizzare notevolmente le necessità di acquisizione. L’estensione delle capacità di memoria, rispetto agli oscilloscopi, li rendono perfetti per test di lunga durata. Tipicamente in un’auto (oppure in un mezzo da lavoro) ci sono centinaia di sensori che tengono sotto controllo parametri elettrici e meccanici (tensione, corrente, temperatura, pressione, coppia ecc..). Le soluzioni più moderne di datalogger sono realizzate con unità a batteria e moduli wireless, per comunicare in maniera agevole e principalmente per i test on board.
Misure di temperatura in ambiente rumoroso
La capacità di acquisire dati senza alterare le misure è fondamentale per la buona riuscita dei test.
Se prendiamo ad esempio il datalogger HIOKI LR8450-01, dotato di moduli wireless, si caratterizza in particolare per la capacità di realizzare misure di temperatura in maniera accurata anche in ambiente particolarmente rumoroso, con alte tensioni ed alte frequenze.
Guarda il video introduttivo al memory HiLogger Hioki LR8450…
Come già accennato, lo strumento garantisce uno standard di accuratezza per le misure di temperatura, grazie al suo filtro interno.
L’importanza di avere unità di misura wireless è duplice:
- Per realizzare test a bordo del veicolo anche quando è in marcia
- Per acquisire dati in situazioni nelle quali non è possibile realizzare un setup con cavi
Bus CAN e Control Units a bordo
Come abbiamo già detto in precedenza, in ambito automotive è largamente utilizzato il bus CAN per le comunicazioni.
Un approccio integrato alle misure non può prescindere dall’analisi delle informazioni che sono scambiate tramite il BUS, sia nella fase di debug che in quella di certificazione e controllo dei vari sistemi, che quasi sempre sono sviluppati o prodotti da terze parti e successivamente vanno integrati.
Non è da escludere il ricorso alle capacità di trigger e decodifica dell’oscilloscopio, in alcuni casi.
Le automobili moderne hanno una serie di Control Units a bordo; come conseguenza, sono diventate rilevanti anche le misure di corrente per verificarne l’effettivo consumo, eventuali perdite di energia ecc.. Un approccio tradizionale alle misure di corrente è quello di utilizzare un canale con ingresso in tensione ed uno shunt.
L’ultima novità del datalogger LR8450 è l’introduzione di un modulo dedicato in corrente, compatibile con una serie di sonde, dalle nuovissime e molto compatte CT7812/CT7822 (per raggiungere posizioni non facilmente accessibili nel veicolo) a sonde con correnti maggiori che possono essere utilizzate ad esempio, per verifiche sui sistemi di batterie.
Per quest’ultima esigenza ci sono anche dei riferimenti normativi, che il produttore delle batterie deve verificare.
La norma di riferimento è UN38.3 Large Battery Test Condition. Tra i vari test c’è l’External Short Circuit, che prevede misure di temperatura, resistenza e corrente. All’interno della stessa norma, tra i vari test, ce la scarica forzata delle batterie, che prevede la rispondenza ad un determinato valore della resistenza e la misura di OCV.
Considerando che chi sviluppa e produce il veicolo, normalmente acquista i pacchi batteria (più raramente acquista le celle e poi realizza in autonomia il pacco completo), le verifiche che deve effettuare sono quelle di validazione di un nuovo prodotto e di incoming inspection.
Per la validazione di un nuovo prodotto, si può scegliere la soluzione della ciclatura delle celle (o delle batterie) oppure si può optare per le misure EIS (ELECTROCHEMICAL IMPEDANCE SPECTROSCOPY).
Questi due argomenti sono stati già trattati in altri articoli, per i quali possiamo indicare i riferimenti alle misure in ambito batterie ed in particolare su ciclatori e misure EIS.
Entrambi gli approcci alle misure sono focalizzati sull’individuazione di un prodotto che abbia ottime prestazioni e sia affidabile; perciò, le due tecniche mirano a sottoporre le batterie a situazioni di stress che permettano di individuare potenziali difetti e ne verifichino l’effettiva capacità con prove di durata.
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