Dal 1958 il British Touring Car Championship è un grande spettacolo che vede in gara oltre trenta auto altamente ingegnerizzate. Nel 2022 il campionato aggiungerà una nuova dimensione, diventando il primo grande campionato mondiale di auto da turismo a presentare veicoli mild-hybrid ad elevate prestazioni.
Cosworth Electronics è l’azienda scelta dal BTCC per realizzare la tecnologia necessaria al cosiddetto “tactical boost”: il BTCC ha infatti inserito nelle specifiche che un motore elettrico può essere utilizzato tatticamente dai conducenti per aumentare le prestazioni del motore a combustione interna (MCI) e migliorare l’accelerazione del veicolo.
Cosworth ha subappaltato il progetto a Delta Motorsport, che ha realizzato un nuovo pacco batterie e tutta l’elettronica associata utilizzando tecnologia Vicor.
Le caratteristiche del pacco batterie
Il nuovo pacco batterie da 48V a ioni di litio ha una gestione intelligente e innovativa della potenza, un convertitore e un sistema di regolazione DC-DC ad alta densità di potenza. Il pacco batterie alimenta la combinazione motore-inverter e da esso riceve anche energia rigenerata.
Il convertitore ad alta densità di potenza alimenta invece tutti i circuiti e dispositivi elettrici dell’auto. Il livello di densità di potenza e di gestione della potenza raggiunto da questa architettura ha consentito di rimuovere il sistema alternatore, migliorando ulteriormente peso, prestazioni e affidabilità.
Il sistema utilizza una rete di distribuzione dell’alimentazione modulare (PDN, power delivery network) che incorpora la fonte di alimentazione a 48VDC alimentata da quattro convertitori DC-DC collegati in parallelo che, insieme, forniscono un’alimentazione regolata a 13,8 V fino a 92 A (circa 1,2 kilowatt di potenza).
Il carico è condiviso dai quattro convertitori, sebbene possa essere completamente supportato anche solo da tre (N+1 con una ridondanza a livello aereonautico). Il motore brushless trifase del sistema ibrido si collega alla batteria tramite un inverter bidirezionale, che convoglia l’alimentazione della batteria al motore e l’energia rigenerata dal motore alla batteria.
Il motore fa avanzare il veicolo in modalità pure-EV (solo motore, senza MCI) durante il suo viaggio iniziale a velocità limitata lungo la corsia dei box, quindi in modalità mild-hybrid (insieme all’MCI) quando il pilota richiede un aumento delle prestazioni durante la gara.
La gestione del pacco batterie
Il pacco batterie include un sistema di gestione che controlla la tensione di ogni cella e garantisce che la batteria gestisca la massima tensione di carica e scarica, in ogni momento durante la comunicazione con il controller del motor-inverter.
Il sistema di gestione delle batterie calcola e aggiorna continuamente il controller sulla quantità di corrente che la batteria può fornire o accettare, in base al suo stato di carica (State of Charge).
Il sistema controlla in tempo reale anche le temperature di tutte le celle disponibili e inserisce quindi i risultati nei calcoli della potenza disponibile. Inoltre, stacca e isola il pacco batterie in modo sicuro, nel caso insorgessero problemi.
Il sistema di gestione della batteria supporta data logging e diagnostica, per registrare le prestazioni DC-DC del converter. Questo non serve solo per controllare un eventuale stato di guasto, ma anche per fornire l’informazione sulla quantità esatta di corrente erogata su tutti i veicoli.
La tecnologia Vicor
Il sistema di potenza convertitore DC-DC utilizza quattro ChiP power modules DCM3623 DC-DC converter isolati e regolati per fornire un’uscita regolata a 13,8 V dal pacco batterie con livelli di corrente fino a 92 ampere. Grazie al loro basso profilo e all’ingombro ridotto, sono montati a diretto contatto termico con le piastre di raffreddamento microforate situate tra le celle della batteria. “Era essenziale dedicare il massimo volume possibile alle celle della batteria, anziché all’elettronica di potenza”, dicono in Delta. La scalabilità dei moduli DCM e la loro facilità di collegamento in parallelo hanno consentito un’architettura di alimentazione modulare, permettendo cioè a Delta di personalizzare il PDN DC-DC con l’ingombro ridotto di cui avevano bisogno senza sacrificare la potenza. “I futuri veicoli elettrici avranno inevitabilmente bisogno di un’elettronica di potenza di dimensioni inferiori, più leggera e ad altissima efficienza per gestire le crescenti richieste di prestazioni. Poiché i produttori migrano verso batterie da 48 V per gestire questi elevati livelli di potenza, l’approccio modulare Vicor può migliorare l’efficienza della rete di erogazione, riducendo le perdite di potenza e il peso grazie a cavi e connettori più piccoli e leggeri”.
Delta Motorsport ha utilizzato anche un Vicor PI3105, un piccolo convertitore isolato da 60 W per un gruppo di continuità (UPS), che fornisce alimentazione all’elettronica del pacco batterie al fine di mantenere attivi i sistemi di sicurezza quando isolati dall’alimentazione del veicolo. L’UPS consente inoltre di alimentare l’elettronica indipendentemente dal veicolo, consentendo il collegamento remoto per i controlli e verifiche dei sistemi.
