Batterie ad alto voltaggio, Porsche e i test a banco 2.0

Le prove condotte dagli ingegneri del marchio tedesco consentono di velocizzare i processi di sviluppo degli accumulatori

La divisione Porsche Engineering lavora costantemente per migliorare la sicurezza e l’efficienza delle batterie ad alto voltaggio delle due vetture, sviluppando procedure di test che possono velocizzare i processi per la realizzazione di accumulatori di nuova generazione. Per fare questo, gli ingegneri della casa automobilistica tedesca utilizzano metodi di prova specificamente adattati ai requisiti della tecnologia ad alta tensione. Ad esempio, le batterie ad alta tensione vengono testate su banchi di prova per veicoli e componenti presso le sedi di Bietigheim-Bissingen e Nardò, mentre sono disponibili ambienti di simulazione hardware-in-the-loop per testare il software per inverter a impulsi (PI). Ciò comporta il test dell’hardware reale in un sistema di veicolo virtuale.

Il PI svolge un ruolo chiave nei veicoli elettrici perché converte la tensione CC dalla batteria nella tensione CA multifase e il campo rotante associato per il motore di azionamento elettrico. Quando il recupero di energia è attivo in modalità di sovraccarico, il PI funziona nella direzione opposta e converte la tensione CA del motore in una tensione CC utilizzata per caricare la batteria. Prima dello sviluppo del sistema PI-HiL, i test dovevano essere eseguiti nel veicolo o su un vero banco di prova, con il rischio che qualcosa potesse essere danneggiato in caso di errori del software nell’unità di controllo. Porsche Engineering ha quindi sviluppato un concetto di banco di prova per testare il software PI, in cui la vera ECU PI è integrata come hardware-in-the-loop (HiL). Quando vengono eseguiti i test HiL, la scheda di controllo PI non attiva l’hardware reale, ma piuttosto una simulazione dell’unità di potenza PI.

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Questo, a sua volta, è collegato alle simulazioni della batteria ad alta tensione, del motore elettrico, del sistema bus e del resto del veicolo per tenere conto dell’impatto sul controllo PI causato dai sistemi del veicolo come gli airbag o il sistema di controllo del freno, e il conducente, sul controllo PI. Al contrario, la simulazione invia i dati del sensore virtuale come le correnti di fase e le temperature all’unità di controllo PI, chiudendo così il circuito di controllo. A causa delle elevate esigenze in termini di capacità in tempo reale, le simulazioni per la batteria e il resto del veicolo vengono eseguite su un computer in tempo reale (RTPC), mentre FPGA (field programmable gate array) ancora più veloci, che consentono la simulazione tempi nell’ordine dei nanosecondi, vengono utilizzati per l’elettronica di potenza e il motore elettrico.

Gli ambiti di test possibili sul banco di prova HiL comprendono principalmente test funzionali secondo i requisiti delle specifiche, ma anche flash test di nuovo software, test di convalida come fase di sicurezza prima che vengano condotte ulteriori analisi nel veicolo e test delle interfacce, delle funzioni diagnostiche, tempi di esecuzione e di cybersecurity e test di resistenza virtuale. Lo sviluppo del banco prova PI-HiL è il risultato di una stretta collaborazione tra diverse sedi Porsche Engineering. Attualmente sono in uso sei sistemi PI-HiL e si prevede di aumentare questa capacità. In futuro, nei piani di Porsche Engineering per impiegare metodi di intelligenza artificiale (AI): utilizzando l’elaborazione del linguaggio naturale (NLP), l’IA dovrebbe interpretare correttamente le specifiche dei requisiti fornite come un semplice documento di testo e convertirle in codice leggibile dalla macchina. Questo viene utilizzato come base per generare automaticamente le sequenze di test. Oggi, questa attività è svolta da esperti che devono avere una conoscenza completa del sistema globale. Le batterie possono essere testate nel loro stato installato sui banchi di prova del veicolo, ad esempio per misurare la capacità della batteria e le correnti nel ciclo di guida WLTP. Ciò è particolarmente importante per i veicoli di prova di resistenza, dove il test della batteria ogni 20.000 chilometri fa parte dell’ambito obbligatorio del test.

Negli ultimi due anni, Porsche Engineering ha allestito un impianto di prova completo presso l’NTC per “test di uso improprio” su batterie ad alta tensione in conformità con GB/T ed ECE. Ciò comporta l’esame di come la batteria risponde in caso di “fuga termica” di una cella della batteria, che potrebbe, ad esempio, essere causata dal surriscaldamento. Pertanto, il team di ingegneri di Nardò ha unito le forze con gli esperti di sicurezza e i vigili del fuoco dell’NTC per sviluppare un sofisticato concetto di sicurezza. Dopo la consegna, le batterie vengono preparate per l’esame prima del collaudo. I sistemi antincendio ad attivazione automatica garantiscono un elevato livello di sicurezza. Lo stato della batteria viene valutato dopo il test. Se critica, la batteria deve riposare per 24 ore in una scatola chiusa a chiave dotata di rilevatori di incendio fino a quando gli esperti NTC non possono iniziare ad analizzare il danno e fare i loro risultati. Dopo l’esame, la batteria viene stoccata in un rifugio dotato anche di un sistema antincendio in attesa dello smaltimento.

HASHTAG: Porsche