Elettrificazione e EMI: la minaccia silenziosa per i sistemi di ricarica a bordo

La strada verso l'elettrificazione è lastricata di domande. Quale chimica delle batterie si adatta alle esigenze operative? Dove verrà installata l'infrastruttura di ricarica? E, cosa forse più critica, quali fattori di progettazione potrebbero essere stati trascurati?

Tra queste sfide, una si rivela particolarmente sottile: l'interferenza elettromagnetica (EMI).

A differenza di un guasto meccanico, l'EMI è invisibile. Tuttavia, è altrettanto in grado di minare l'integrità del sistema, emettendo frequenze che rischiano di interrompere le operazioni e le comunicazioni dei componenti critici. I caricabatterie di bordo sono particolarmente a rischio, poiché funzionano ad alte frequenze e in prossimità di sistemi sensibili.

Per garantire la sicurezza e la conformità alle normative, gli OEM devono conoscere la natura di questa minaccia invisibile e adottare misure proattive per sviluppare sistemi sicuri ed elettromagneticamente compatibili.

Identificare il pericolo: Un'immersione profonda in EMI e EMC

Anche se spesso vengono discussi nello stesso contesto, i termini EMI ed EMC rappresentano due categorie opposte di elettromagnetismo:

• L'interferenza elettromagnetica (EMI) si riferisce all'emissione involontaria di energia elettromagnetica da parte di un dispositivo. Queste emissioni possono disturbare l'elettronica, i sistemi di controllo e le linee di comunicazione nelle vicinanze, come ad esempio i sistemi telematici o i controllori del motore di un veicolo.
• La compatibilità elettromagnetica (EMC) è l'operatività del sistema in ambienti elettromagnetici complessi. Più specificamente, definisce un sistema in grado di svolgere funzioni standard senza emettere (o cadere vittima) del pericolo silenzioso dell'EMI.

In parole povere, l'EMI è il problema; l'EMC è l'approccio ingegneristico per risolvere il problema. E poiché l'EMI agisce in entrambi i sensi, per raggiungere la piena compatibilità elettromagnetica è necessario progettare un caricabatterie di bordo che limiti le emissioni e sia al tempo stesso protetto dall'EMI esterna.

I rischi di un'EMI non controllata

Il pericolo maggiore delle EMI risiede forse nella loro natura "silenziosa". Mentre i danni diretti ai componenti sono raramente un problema, la corruzione e i guasti del sistema lo sono certamente. Ciò include

• Componenti e sottosistemi disabilitati
• Malfunzionamenti del software, come crash del sistema o dati errati
• Interferenze nella ricezione radio
• Picchi di tensione di linea

Soprattutto, è quasi impossibile risalire alla fonte di questi disturbi. Sebbene le EMI possano causare questi e altri malfunzionamenti, i "sintomi" imitano quelli dei danni ai componenti, degli errori di sistema e di altri guasti generali.

In altre parole, senza le giuste protezioni, le EMI possono sabotare le operazioni senza che gli OEM o gli operatori se ne accorgano.

Fonti comuni di EMI nei sistemi di ricarica a bordo macchina

I caricabatterie di bordo agiscono come alimentatori a commutazione, producendo intrinsecamente EMI come parte del loro normale funzionamento. Alcuni aspetti del circuito del caricabatterie responsabili delle emissioni EMI sono:

• Dispositivi di commutazione ad alta velocità utilizzati nell'elettronica di potenza
• componenti magnetici, come induttori e trasformatori
• Cablaggi e componenti elettronici ausiliari non schermati o sottoposti a scarsa manutenzione.

Sebbene i vantaggi dei caricabatterie di bordo siano quasi certamente superiori a queste sfide, essi richiedono comunque un attento controllo, soprattutto quando gli OEM cercano di rifornirsi da fornitori esterni.

Attenuare il pericolo: Tecniche di progettazione per ridurre al minimo le EMI

Fortunatamente, gli OEM e i progettisti di macchine armati di strategie di progettazione intenzionali possono combattere la minaccia delle EMI. Le strategie principali sono tre: Sopprimere, filtrare e schermare.

1. Soppressione delle EMI - Come per qualsiasi minaccia alla sicurezza industriale, il primo obiettivo è quello di eliminare completamente il pericolo. Piuttosto che rimuovere il caricabatterie o componenti simili, questo comporta scelte progettuali deliberate per generare il minor numero possibile di interferenze. Ciò può includere l'utilizzo di schede a circuito stampato (PCB) al posto dei cavi per i cablaggi, riducendo al minimo il rumore che si verifica quando i cavi si spostano di posizione. La verifica della conformità di tutti i componenti acquistati agli standard normativi EMC garantisce inoltre che le EMI non necessarie siano ridotte al minimo.
2. Filtrare le EMI - Indipendentemente dalla progettazione, alcune EMI saranno sempre presenti e richiederanno filtri per "ripulire" le interferenze prima che possano inquinare i sistemi esterni. Tali filtri possono essere passivi, una combinazione di induttori e condensatori sintonizzati per bloccare le frequenze indesiderate. Oppure possono essere più proattivi, come il posizionamento strategico di una perlina di ferrite lungo il percorso di un sensore sensibile per proteggerlo dal rumore residuo o alla fonte di tale rumore per bloccarlo completamente.
3. Schermatura delle EMI - I campi elettromagnetici possono essere bloccati fisicamente con i materiali adeguati. Ne sono un esempio i cavi, spesso avvolti da una schermatura metallica messa a terra che impedisce alle linee di comunicazione essenziali di captare (o emettere) EMI. Anche le pareti pressofuse, le lamiere, gli stampi, le lamine e persino i PCB posizionati strategicamente possono fungere da schermatura per isolare i componenti ad alta frequenza e contenere le possibili emissioni.

Garantire la conformità ai test e agli standard EMC

Per dimostrare che i sistemi di ricarica sono stati progettati secondo le migliori pratiche di mitigazione delle emissioni EMI, esistono determinate procedure di test e certificazioni.

Le principali normative includono:

• CISPR 25
• Serie ISO 11452
• FCC Titolo 47, Parte 15
• Serie IEC 61000
• UNECE R10

Questi standard forniscono un marchio di autenticità contro la minaccia altrimenti invisibile delle EMI.

Tuttavia, come già sottolineato in precedenza, la soluzione ideale è quella di procurarsi componenti di serie progettati tenendo conto dei rigorosi principi EMC fin dall'inizio.

CT3.3 di ZIVAN: Una soluzione di ricarica incentrata sull'EMC

Per aiutare gli OEM ad accelerare i progetti di elettrificazione e il time-to-market, il caricabatterie ad alta frequenza CT3.3 di ZIVAN è stato progettato tenendo conto dei principi EMC. Ogni unità è conforme agli standard globali per le emissioni EMI, comprese le normative UNECE R10 e FCC, per una pronta implementazione in tutte le regioni.

Progettato per i rigori delle applicazioni industriali, il CT3.3 è inoltre dotato di:

• Costruzione di tipo automobilistico, con un involucro in alluminio resistente con grado di protezione IP67 che funge da schermo EMI incorporato.
• Design strategicamente integrato che concentra un convertitore CC-CC da 500 W, un'interfaccia per stazione di ricarica EV e un protettore di sovratensione in un unico pacchetto schermato EMI.
• Opzioni di raffreddamento a liquido e a ventola per garantire che l'involucro ad alta densità di potenza da 3,3 kW rimanga termicamente controllato insieme alla tenuta testata EMC.

Eliminare la minaccia delle EMI silenziose con le soluzioni di ricarica di ZIVAN

L'EMC è un elemento essenziale per un'elettrificazione sicura e scalabile. Questo pericolo, sebbene invisibile, è molto reale e può causare guasti sul campo che ricadono sull'OEM. Investendo in una progettazione attenta alle EMI fin dalle prime fasi, gli OEM riducono il rischio di sviluppo, migliorano l'affidabilità dei prodotti e rispettano le normative regionali.

Per ottenere questi vantaggi è necessaria la giusta soluzione di ricarica e il CT3.3 di ZIVAN rappresenta la scelta ideale.

Grazie a un design incentrato sulla compatibilità elettromagnetica e a pacchetti di componenti convalidati e conformi, il CT3.3 consente agli OEM di sfruttare appieno i vantaggi dell'elettrificazione, senza gli effetti collaterali dell'elettromagnetismo.

Siete pronti a scoprire come il CT3.3 può potenziare il vostro prossimo progetto di elettrificazione?

Contattate oggi stesso un esperto ZIVAN.

Media Contact
Violetta Fulchiati | Marketing & Communication Specialist
Telefono: +39 0522 960593
E-mail: marketing@zivan.it