Qual è il passo più critico nell'elettrificazione delle macchine off-road? La risposta più semplice è la sostituzione della trasmissione del motore a combustione interna (ICE) con una trasmissione elettrica. Tuttavia, questo è solo l'inizio.

L'elettrificazione è una trasformazione a livello di sistema. Le decisioni critiche sono presenti in ogni punto: scelta del motore elettrico, dell'inverter, della chimica della batteria e altro ancora. Piuttosto che una singola fase, ogni decisione si collega a quella successiva, modellando collettivamente le prestazioni, l'affidabilità e la sicurezza.

Allo stesso modo, la scelta del metodo di ricarica da parte di un OEM non è una decisione isolata e l'alimentazione di una macchina non è semplice come collegare la spina alla presa più vicina.

I sistemi di gestione delle batterie (BMS) sono essenziali in questo processo. Insieme alla giusta soluzione di ricarica, il BMS garantisce un trasferimento di energia sicuro ed efficiente, diventando così un componente fondamentale di qualsiasi strategia di elettrificazione.

La sfida della ricarica dei veicoli fuoristrada

Mentre la ricarica dei veicoli elettrici (EV) può sembrare semplice, le apparecchiature industriali e fuoristrada devono affrontare ulteriori considerazioni.

A differenza dei veicoli elettrici, le attrezzature elettriche devono rispondere alla domanda sempre presente: Dove si collega la spina?

Per gli OEM che operano in zone urbane o che si recano in cantiere con attrezzature elettrificate, la risposta può risiedere nelle stazioni di ricarica pubbliche per veicoli elettrici, altrimenti note come EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment).

L'EVSE rappresenta una potente soluzione di ricarica, ma il successo dell'integrazione dipende da diversi fattori:

• Disponibilità di infrastrutture EVSE - Le proiezioni indicano una crescita significativa delle infrastrutture di ricarica a livello globale. Per gli OEM alle prese con restrizioni sempre più severe sulle emissioni nei cantieri urbani, tali infrastrutture potrebbero rivelarsi un valido complemento alle apparecchiature di ricarica.
• Compatibilità con le esigenze di alimentazione industriale - Anche se sono disponibili EVSE, non tutte le infrastrutture supportano in modo nativo i severi requisiti dei macchinari non stradali. Livelli di tensione, tipi di connettori o protocolli di ricarica non corrispondenti possono rendere la negoziazione muta e incapace di fornire una carica.
• Integrazione a livello di macchina - All'altro capo del "tavolo delle trattative", la macchina stessa richiede un mezzo per accettare la carica. Ciò richiede un sistema di ricarica a bordo in grado di comunicare in modo sicuro e basato su standard con l'EVSE.

Anche in presenza di tutti questi elementi, per colmare il divario è necessaria un'ulteriore tecnologia: BMS.

BMS: il negoziatore centrale

Quando l'hardware e i protocolli di comunicazione compatibili forniscono l'infrastruttura, un BMS interviene per gestire efficacemente la negoziazione dell'energia. Questi sistemi assicurano che la ricarica sia:

• Sicura - Il BMS monitora continuamente variabili quali tensione, temperatura e corrente. Se uno qualsiasi dei parametri devia oltre le soglie definite, il sistema interrompe immediatamente la ricarica per evitare condizioni pericolose, tra cui la fuga termica.
• Efficiente - Algoritmi intelligenti consentono al BMS di gestire il flusso di corrente in modo dinamico, negoziando il "miglior accordo" che minimizza la perdita di energia e massimizza il tempo di funzionamento.
• Controllato - Se adattato alla batteria e abbinato al caricabatterie giusto, un BMS efficace esegue le funzioni critiche di bilanciamento delle celle. Questo allunga la vita della batteria, mantiene una distribuzione uniforme della carica e preserva la salute complessiva del sistema.

Un processo di trasferimento di energia coordinato in cui ogni componente opera al massimo delle sue potenzialità, guidato dalla supervisione in tempo reale del BMS.

Cinque passi fondamentali per una trattativa di successo

Rimane un'altra domanda: Come fa il BMS a realizzare questa ricarica più sicura ed efficiente? Sebbene l'inserimento della spina sia semplice, questo unico movimento attiva un processo a più fasi:

• Risvegliare l'MCU (unità di microcontrollo) - Il BMS inizia risvegliando i sistemi di controllo della macchina, avviando la comunicazione con l'EVSE. Questa stretta di mano iniziale è essenziale per l'inizio del trasferimento dei dati.
• Negoziazione della connessione MCU-EVSE - Successivamente, sia la macchina che la stazione di ricarica concordano i parametri chiave, come i livelli di tensione, i limiti di corrente e i profili di ricarica, in base ai quali procedere alla carica.
• L'EVSE attiva l'alimentazione CA - Una volta convalidata la comunicazione, l'EVSE inizia a fornire l'alimentazione in corrente alternata (CA) al sistema.
• Attivazione del caricabatterie di bordo - Il caricabatterie di bordo della macchina riconosce l'alimentazione in arrivo, convertendo la corrente alternata in corrente continua (DC) adatta allo stoccaggio della batteria.
• Diagnostica continua - Durante la carica, il BMS monitora le condizioni interne come la temperatura delle celle, l'uniformità della tensione e lo stato di carica (SoC). In caso di anomalie, il BMS interrompe o limita la carica per evitare il degrado dei componenti.

Questo protocollo in cinque fasi si svolge in pochi secondi, ma riflette anni di sviluppo ingegneristico e di perfezionamento del sistema. Il BMS ottimizza quindi le prestazioni del caricabatterie e garantisce la sicurezza dell'utente finale in ogni punto di contatto.

Il BMS è sempre necessario? Contestualizzare il suo ruolo nell'elettrificazione

L'esempio precedente di ricarica con EVSE è un modo per caricare in sicurezza una macchina elettrificata. Tuttavia, non è l'unico modo.

Esistono diversi casi d'uso in cui il BMS non è necessario, come ad esempio:

• Flotte gestite attraverso caricabatterie fuori bordo centralizzati e appositamente costruiti che incorporano meccanismi di sicurezza e diagnostica esterni, che si sovrappongono al ruolo di un BMS.
• Macchine che utilizzano soluzioni di ricarica a bordo con protezioni integrate, progettate per funzionare indipendentemente da un BMS pur mantenendo elevati standard di sicurezza e prestazioni.
• Progetti costruiti su architetture di batterie tradizionali, come quelle al piombo-acido, che non dispongono dei protocolli di comunicazione necessari per l'integrazione del BMS.

Nelle casistiche elencate, un BMS risulterebbe inutile, incompatibile o funzionalmente ridondante. Per gli OEM e i progettisti di macchinari, questo è un punto di partenza fondamentale: la chiave non è se un BMS viene sempre utilizzato, ma se le sue funzioni sono adeguatamente coperte.

Ad esempio, i sistemi di ricarica off-board, come l'SG9 di ZIVAN, sono progettati da zero con funzioni di sicurezza integrate che proteggono da sovratensioni, sovracorrenti e rischi termici. Altri modelli utilizzano algoritmi di carica personalizzati per la batteria (comprese le batterie al piombo-acido), consentendo molti degli stessi vantaggi di efficienza e longevità associati a un BMS.

ZIVAN: negoziare l'energia con una soluzione di ricarica personalizzata

È chiaro che l'elettrificazione dei veicoli fuoristrada va ben oltre la batteria. Il successo, la sicurezza e l'efficienza del trasferimento di energia dipendono da una tecnologia di ricarica avanzata.

In scenari che coinvolgono EVSE o sistemi agli ioni di litio ad alte prestazioni, un BMS funge da interfaccia essenziale.

Tuttavia, il BMS deve essere valutato insieme alle capacità del caricabatterie.

Come dimostrato dall'SG9 e da altre innovazioni ZIVAN, una soluzione di ricarica ben progettata può attenuare o addirittura eliminare la necessità di un'intelligenza aggiuntiva sul lato della batteria, in particolare per i sistemi chimici tradizionali o per le applicazioni di macchinari compatti.

Indipendentemente dalla scelta progettuale, una cosa è certa: gli OEM hanno bisogno di qualcosa di più dei singoli componenti. Hanno bisogno di sistemi ben integrati che supportino sia le esigenze operative attuali che la scalabilità futura.

ZIVAN, come parte di ZAPI GROUP, offre proprio questa combinazione: un hardware di ricarica robusto e indipendente dalla chimica, abbinato a un'esperienza specifica per l'applicazione. Che si tratti di integrazione con sistemi BMS o di progettazione di soluzioni autonome intelligenti, ZIVAN consente agli OEM di costruire con fiducia il futuro della mobilità elettrificata.

Fonti:

AIE. Prospettive per le infrastrutture di ricarica dei veicoli elettrici. https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2024/outlook-for-electric-vehicle-charging-infrastructure

Unione Europea. Sulla diffusione delle infrastrutture per i carburanti alternativi. https://data.consilium.europa.eu/doc/document/PE-25-2023-INIT/en/pdf

Contatto con i media
Violetta Fulchiati | Marketing & Communication Specialist
Telefono: +39 0522 960593
E-mail: marketing@zivan.it