Il direttore della rivista Elettronica In, Boris Landoni, ha realizzato un’intervista esclusiva con Clément Amilien, Head of Global Product Management Automotive di LEM, per approfondire le caratteristiche tecniche e applicative del nuovo sensore CDT sviluppato dall’azienda.
Il sensore CDT rappresenta una novità assoluta nel panorama della mobilità elettrica: è il primo RCM Type-B automotive grade con capacità ASIL B, progettato per garantire la massima sicurezza nei caricabatterie di bordo bidirezionali (OBC). È in grado di rilevare con precisione correnti residue sia AC che DC, rendendolo ideale per applicazioni V2X – come vehicle-to-load (V2L), vehicle-to-grid (V2G) e vehicle-to-vehicle (V2V) – dove il veicolo può fungere da fonte di energia.
Basato su tecnologia fluxgate multi-brevettata, il sensore CDT offre una precisione eccezionale (±0,5 mA a 5 mA), funzioni diagnostiche avanzate, interfaccia SPI protetta e supporto sia per sistemi monofase che trifase, con potenze fino a 22 kW. Una soluzione compatta, versatile e pronta per accelerare il time-to-market dei nuovi sistemi EV.
Boris Landoni:Clément, potrebbe spiegarci in che modo il sensore CDT di LEM supporta le applicazioni V2X (V2L, V2G, V2V), assicurando che il veicolo possa davvero fungere da fonte di energia affidabile?
Clément Amilien: V2X, o Vehicle to Everything, consente di utilizzare l’energia immagazzinata nelle batterie EV non solo per alimentare il veicolo, ma anche per alimentare altri veicoli, case, elettrodomestici e, persino, la rete elettrica. Un OBC (on-board charger) bidirezionale agisce in modo simile a un inverter solare trasformando l’energia solare DC in energia AC per la rete. Nei veicoli elettrici, questi caricabatterie consentono alla corrente di fluire nel pacco batteria del veicolo, come converter AC-to-DC e, allo stesso modo, fuori dal pacco batteria come inverter (DC-to-AC) e in un dispositivo esterno. Poiché gli OBC sono anche l’interfaccia con l’utente finale che carica o scarica la batteria dell’EV, la sicurezza ad alta tensione è importante in questo caso, e in particolare il monitoraggio e la compensazione delle perdite di corrente. Il nostro dispositivo CDT è progettato specificamente per applicazioni automobilistiche ed essendo una singola unità, è ideale per l’uso in OBC bidirezionali, che soddisfano diverse sfide di progettazione: costi ridotti, peso (rispetto alla combinazione di componenti), misure di sicurezza e facilità di integrazione.
Boris Landoni: Passando agli OBC bidirezionali, quali sono i principali vantaggi offerti dall’utilizzo di un sensore RCM Type-B per autoveicoli rispetto a un RCD Type-A?
Clément Amilien: Con un OBC bidirezionale, un Residual Current Device (RCD) Type-A può essere compromesso se una corrente DC di guasto supera i 6 mA. Il dispositivo potrebbe non rilevare o aprire correttamente, il che potrebbe causare scosse elettriche per l’utente finale. Solo un dispositivo Residual Current Monitoring (RCM) Type-B può misurare e rilevare AC e DC senza fluttuazioni. Il nuovo sensore di corrente CDT di LEM è stato progettato per rappresentare la corrispondenza perfetta per RCM Type-B e OBC bidirezionali, in cui vengono rilevate e monitorate le correnti residue, comprese le correnti di dispersione AC e DC. Il CDT controlla le differenze di corrente tra due punti, consentendo di rilevare rapidamente i guasti e inviare un segnale di apertura al microcontroller. Il nostro sensore CDT è il migliore della categoria per il settore automobilistico, con una precisione di ±0,5mA @ 5mA, un livello senza precedenti, grazie alla nostra tecnologia fluxgate multi brevetto.
Boris Landoni: La capacità di rilevare correnti residue sia AC che DC è fondamentale, in particolare negli OBC senza trasformatore. Perché questa capacità è così importante?
Clément Amilien: Per evitare rischi elettrici in applicazioni come i veicoli collegati alla rete AC e che fungono da fonte di energia, è importante che le correnti AC e DC siano rilevate correttamente. Con i dispositivi Type-A di monitoraggio della corrente residua vi è un effetto “blinding”che può risultare una preoccupazione significativa. Questo effetto blinding si verifica quando l’RCD Type-A interpreta erroneamente la dispersione DC come se si trattasse di normale AC, rendendola meno efficace nel rilevare guasti effettivi. Optare per RCD Type-B fornisce una soluzione. L’RCD Type-B è progettato per rilevare con precisione le correnti residue sia AC che DC, eliminando l’effetto blinding associato all’RCD Type-A e garantendo quindi la sicurezza dell’utente finale. In caso di futuri OBC senza trasformatore, il progetto richiederà un livello di sicurezza ancora più elevato (ASIL fino a D), poiché verrà rimossa la barriera di isolamento rinforzata tra la rete e la batteria DC.
Boris Landoni: Le nuove funzionalità degli OBC presentano anche sfide di sicurezza. In che modo il sensore CDT di LEM aiuta a superare questi problemi?
Clément Amilien: Con gli OBC bidirezionali, il sistema funge da fonte di energia, come un inverter solare che trasforma l’energia solare DC in energia AC per la rete. Ma, come nell’applicazione solare, l’OBC deve avere una misura di corrente residua conforme agli standard internazionali. Come fonte di energia diventa anche responsabile di impedire qualsiasi fuoriuscita di corrente nel carico, per evitare rischi elettrici. Il nostro CDT monitora qualsiasi tipo di corrente di dispersione. In primo luogo è un sensore Type-B, che consente di rilevare in modo affidabile perdite AC e DC senza fluttuazioni e in secondo luogo è il primo sensore di monitoraggio della corrente residua automotive grade con funzionalità Asil B. Progettare un OBC con un CDT all’interno è quindi il modo migliore per garantire la sicurezza dell’utente finale.
Boris Landoni: In che modo il sensore CDT garantisce la conformità agli standard di sicurezza nei veicoli elettrici, consentendo ai produttori di soddisfare le normative applicabili?
Clément Amilien: Il nostro nuovo sensore CDT è stato progettato per garantire la sicurezza delle funzioni V2X con RCM Type-B automotive-ready. È ASIL B ready e dispone di un bus SPI (Serial Peripheral Interface) integrato con tutta la diagnostica incorporata, con app note e algoritmo pronti per essere impostati con standard specifici. Una delle sue caratteristiche consente agli ingegneri di sistema di impostare diversi livelli di intervento a seconda delle norme locali, delle applicazioni o degli standard regionali, senza dover modificare nient’altro nella progettazione. Questo nuovo sensore aiuterà i produttori ad accelerare il loro time to market rispettando tutte le normative di sicurezza per le applicazioni V2X. Ancora più importante, il nuovo sensore RCM Type-B sta aprendo la strada in questo settore in rapido sviluppo consentendo ai progettisti di reagire rapidamente al nuovo standard ISO5474 Part 2 per il trasferimento di potenza AC, che si concentra sui requisiti funzionali e di sicurezza del trasferimento di potenza tra il veicolo e un circuito elettrico esterno utilizzando AC. Il nuovo standard ISO5474 Part 2 per il trasferimento di potenza AC si riferisce all’utilizzo di un EV come fonte di energia AC. Ciò significa che è essenziale avere la capacità di monitorare le correnti di dispersione nei veicoli. La norma impone inoltre che le applicazioni V2L richiedano una protezione di sicurezza per l’utilizzo delle prese tramite RCM.
Boris Landoni: Il sensore CDT integra un’interfaccia SPI con funzionalità avanzate. Potrebbe parlarci dei vantaggi che questo offre per la gestione e la diagnostica del sistema?
Clément Amilien: Il nostro sensore CDT offre molte funzionalità, specifiche per LEM, tra cui funzioni diagnostiche avanzate e la capacità di lavorare in modo altrettanto efficace con AC sia monofase che trifase. Il nostro CDT offre anche funzioni avanzate sul bus SPI protetto, tra cui il monitoraggio di T°C, il valore di perdita e l’alimentazione (un bus protetto garantisce la trasmissione di dati crittografati e autenticati tra i dispositivi) e la selezione dinamica dei guasti. Quest’ultima caratteristica è quella che consente agli ingegneri di sistema di impostare diversi livelli di intervento a seconda delle norme locali, delle applicazioni e degli standard regionali.
Boris Landoni: Un altro aspetto interessante è che il CdT può funzionare sia con sistemi monofase che trifase. Quali vantaggi offre questa versatilità?
Clément Amilien: I sistemi trifase consentono una maggiore potenza di ricarica. L’ingombro dei CDT LEM si adatta a tutte le configurazioni OBC della stessa piattaforma del veicolo e attraverso il nostro esclusivo dynamic tripping può essere adattato a 3,3 kW e 7 kW in monofase o 11 kW e 22 kW in trifase. Ciò consentirà ai produttori di offrire una maggiore potenza di ricarica nello stesso modello di auto. Inoltre, come accennato sopra, questa esclusiva selezione di dynamic tripping consente l’adattabilità del design non solo a più regioni ma anche ad applicazioni diverse, come vehicle-to-load, vehicle-to-home, vehicle-to-grid, o vehicle-to-vehicle.
Boris Landoni: Il time-to-market è sempre più critico. In che modo il sensore CDT semplifica la progettazione, aiutando gli ingegneri ad accelerare lo sviluppo di sistemi EV e OBC bidirezionali?
Clément Amilien: Per cominciare, il nostro CDT soddisfa tutte le sfide OBC dei progettisti di sistemi EV in un singolo package, easy-to-design-in. Tra le altre caratteristiche che contribuiscono alla facilità di integrazione per gli ingegneri automobilistici c’è il bus SPI integrato con tutta la diagnostica incorporata, con app note e algoritmo pronti per essere impostati con standard specifici. Offre inoltre la selezione dinamica del livello di guasto (che consente di selezionare uno standard per il sensore), il protocollo di comunicazione per il monitoring della sicurezza end-to-end, valore di guasto AC, guasto DC, valore di perdita (CH1 e CH2 nella versione SF), la diagnostica dei guasti (T°C, alimentazione, sovraccarico), la modalità sleep (per basso consumo) e l’aggiornamento software (bootloader), tra gli altri. Tutte queste caratteristiche consentono una facile implementazione e un rapido sviluppo, conferendo al CDT maggiori vantaggi rispetto ai classici dispositivi industriali. Inoltre, il sensore ha un ingombro ridotto e dispone di un avvolgimento esterno per l’autotest indipendente.
