Veicoli elettrici: maggiore efficienza grazie all’IoT e AI

Quando si tratta di veicoli elettrici, la batteria ricopre un ruolo molto importante. Oltre a dover rispettare parecchi standard di qualità, deve poter fornire abbastanza energia da permettere di percorrere lunghe distanze e deve essere progettata in modo tale da evitare più anomalie possibili.

Un veicolo elettrico è costituito da molte parti non soltanto meccaniche ma anche elettriche, tra le quali il sistema di gestione della batteria (BMS) risulta essere molto importante, ma anche delicato.


Infatti nel BMS potrebbero verificarsi alcuni problemi, che però possono essere limitati e controllati grazie alla tecnologia di nuova generazione, come l’IoT e l’intelligenza artificiale, rendendo l’intero sistema non soltanto potenziato, ma anche più efficiente.

Semplificando, si può dire che le tre componenti essenziali di un’auto elettrica sono: la batteria, il convertitore di potenza ed il motore. Per un corretto funzionamento, oltre a dover essere le parti meccaniche progettate in un determinato modo, è indispensabile che sia presente un avanzato sistema di controllo, in grado di monitorare e gestire continuamente l’intero sistema.


In questo modo si potrà prevenire, o per lo meno gestire, qualsiasi anomalia come un guasto alla batteria mentre ci si trova alla guida.

Nozioni sull’IoT

Parlando di IoT, non si tratta di qualcosa di nuovo ma resta comunque sempre una tecnologia attuale ed in continua espansione.

L’Internet of Things (IoT) fa riferimento all’interconnessione di sensori, software ed altre tecnologie su una rete. Si ha il pieno controllo dei dispositivi collegati e i dati che vengono ritenuti rilevanti, possono essere elaborati, salvati e visualizzati tramite un’interfaccia utente.

Immagine 1: parti essenziali dell’IoT

In un utilizzo tipico dell’IoT, le operazioni principali sono le seguenti:

Raccolta dati: i dati vengono raccolti tramite l’ausilio di specifici sensori e dispositivi. I dati raccolti possono essere associati ad un determinato item, come ad esempio una casa, un veicolo o un impianto di produzione.

Comunicazione: viene utilizzato un gateway di comunicazione per inviare i dati a destinazione ed in genere si utilizza una piattaforma in cloud per salvarli.
BLE, LORA, WiFi, 4G e 5G sono alcuni dei mezzi di comunicazione che vengono utilizzati allo scopo, mentre alcuni esempi di piattaforme cloud sono Google Cloud, AWS e Azure.

Analisi dei dati: non serve a molto avere dei dati senza che venga eseguita un’opportuna elaborazione ed estrapolazione delle informazioni. Pertanto, le informazioni vengono generate partendo dai dati grezzi.


I dati elaborati possono essere visualizzati ed utilizzati per la creazione di report e per fare delle previsioni.

Azione: Sulla base dei dati estratti, è possibile eseguire determinate azioni, comunicando ad esempio con altri dispositivi attraverso dei protocolli machine-to-machine (M2M) o inviare delle notifiche per consigliare la rettifica di eventuali errori (SMS, e-mail, ecc.) alla persona interessata.

Informazioni sui veicoli elettrici

Quando si sente parlare di veicoli elettrici, si pensa quasi esclusivamente alle auto elettriche, ma naturalmente non è così: basti pensare ai treni, i cui motori appartengono alla categoria dei motori a trazione.


A seconda della tipologia di veicolo, verrà utilizzato una tipologia di motore piuttosto che un’altra.

Per definizione un veicolo elettrico sfrutta uno o più motori elettrici, oppure dei motori di trazione per la propulsione.
Esso può essere alimentato tramite una fonte di alimentazione elettrica integrata o esterna al veicolo stesso, come ad esempio una batteria, dei pannelli fotovoltaici, delle celle a combustibile oppure un gruppo elettrogeno.

Ecco alcuni vantaggi dell’utilizzo dei veicoli elettrici:

  • ridotta dipendenza da benzina, diesel o altri combustibili fossili;
  • strade prive di inquinamento atmosferico e acustico;
  • utilizzo di batterie in gran parte riciclabili e di grande durata nel tempo;
  • riduzione dei costi operativi e di manutenzione.

Elementi essenziali di un veicolo elettrico

Immagine 2: parti essenziali di un veicolo elettrico

Motore: può essere ad induzione in CA o in CC senza spazzole (BLDC). Sebbene ci sia un enorme dibattito su quale tra questi sia il migliore, c’è da dire che entrambi presentano sia dei vantaggi che svantaggi. Per questo motivo ogni azienda utilizza diversi tipi di motori, come ad esempio Toyota che utilizza un motore a induzione CA mentre Volkswagen preferisce un motore BLDC. Poi c’è la Tesla Model S che ha un motore a induzione CA mentre la Tesla Model 3 ha un motore BLDC.

Controller: si tratta di un’apparecchiatura elettronica, utilizzata per il controllo di ogni singolo aspetto caratterizzante dell’auto, dall’erogazione di potenza di una batteria alla gestione di alimentazione del motore.

Caricabatterie: esistono due tipi di caricatori. Uno può essere considerato come un caricabatterie da viaggio, dato che può essere semplicemente collegato ad una presa elettrica domestica.


Il secondo metodo di ricarica prevede invece lo stazionamento davanti a delle apposite colonnine di ricarica in DC super veloce, diventate ormai molto comuni su autostrade ed alcune stazioni di rifornimento.
Il primo metodo di ricarica ha il vantaggio di poter essere impiegato praticamente ovunque, ma il tempo di ricarica non è trascurabile.

Convertitore/Inverter: a seconda del tipo di motore, per la sua corretta alimentazione viene previsto un convertitore di potenza o un inverter (DC / AC) che presenti determinate caratteristiche.

Batteria: nei veicoli elettrici sono generalmente utilizzate le batterie Li-Ion o Li-Po, dato che presentano delle caratteristiche tali da prevedere una manutenzione pressoché nulla e sono in grado di fornire grande potenza.


In media, la ricarica di queste batterie richiede circa 7-8 ore per passare dallo 0% al 100% in modalità standard, mentre con i caricabatterie veloci si passa dallo 0% al 100% entro 1-3 ore.

Sistema di gestione della batteria (BMS) con IoT

Il ruolo del BMS in un veicolo elettrico è molto rilevante e se a questo viene integrata la tecnologia IoT e AI, quello che si ottiene è qualcosa di eccezionalmente funzionale ed avanzato.

Immagine 3: Tipico collegamento di BMS con IoT e AI

La maggior parte dei veicoli elettrici dispone di sistemi informatici incorporati che funzionano in real-time, consentendo da soli l’esecuzione delle operazioni di base.

Nel BMS di un veicolo elettrico, in genere vengono inclusi diversi sensori per monitorare diversi parametri, come la tensione delle celle, la corrente erogata, la temperatura e le vibrazioni alle quali è soggetto.


Questi parametri vengono raccolti continuamente e nei veicoli smart, può essere utilizzato un sistema definito “edge intelligence”, che in alcuni casi permette di fare a meno del cloud e di risolvere alcune anomalie, oltre che controllare lo stato di carica massimizzando lo stato di salute della batteria.

Con l’aiuto del 4G/5G se si verifica un’anomalia nel BMS, è possibile inviare una notifica allo smartphone oppure può essere visualizzata direttamente sulla dashboard installata nel veicolo elettrico.

Per quanto riguarda la privacy dei dati, non importa quale azienda fornisca la batteria. In generale però, le politiche di condivisione dei dati di una casa automobilistica giocano un ruolo decisivo nello sviluppo tecnologico.
Infatti quando una particolare azienda automobilistica decide di condividere i dati con il produttore della batteria, quest’ultimo non può che giovarne dato che sarà così in grado di ottimizzare il proprio prodotto, risparmiando tempo e costi per la ricerca e sviluppo.

Alcuni vantaggi dell’utilizzo di un BMS con IoT e IA possono essere:

  • invio di notifiche di manutenzione al tecnico o al proprietario dell’auto, direttamente dall’auto. In questo modo si potrà avere sempre sotto controllo lo stato di salute del mezzo e mantenere un mezzo di trasporto efficiente;
  • allarme per le anomalie e gestione automatizzata;
  • ricarica intelligente con gestione energetica della batteria ed ottimizzazione della fase di ricarica;
  • stime SOX;
  • diagnostica della batteria;
  • bilanciamento carica delle celle batteria;
  • raccolta ed elaborazione dei dati semplificata.

Conclusione

I veicoli elettrici sono destinati ad essere i trendsetter del futuro ed un BMS altamente efficiente e tecnologicamente avanzato, svolgerà un ruolo fondamentale nel raggiungimento questo obiettivo.

Pertanto è essenziale che la ricerca continui a focalizzarsi sulle batterie e sull’elettronica di potenza per la mobilità elettrica, sfruttando i vantaggi che offrono tecnologie come IoT e AI.

Articolo originale: The Role Of IoT In BMS Of Electric Vehicles

Redazione Fare Elettronica