Il laboratorio offre soluzioni per l’ottimizzazione della strategia di controllo in fase di deflussaggio di macchine elettriche sincrone a magneti permanenti interni, utilizzate per l’elettrificazione di veicoli leggeri (e.g. motocicli).
Nello specifico l’attività si è focalizzata sulla gestione di rapide variazioni di coppia ad alte velocità operative, inserendo nuovi blocchi negli di schemi di controllo tradizionali per il deflussaggio.
Queste modifiche hanno consentito di impostare la corretta alimentazione della macchina durante fasi di decelerazione o rapide variazioni di velocità dovute a fasi di frenatura, evitando la perdita del controllo quindi tutelando la sicurezza.
Validazione delle strategie di controllo proposte su test a banco prova a freno attivo c/o il laboratorio di macchine elettriche (EML) di Raw Power Srl
La strategia di controllo ottimizzata consente la gestione di rapide variazioni coppia, ad alte velocità, di macchine elettriche sincrone a magneti permanenti per applicazioni automotive. La strategia di controllo a velocità medio-alte (i.e. deflussaggio) consiste nell'alimentare la macchina in modo da indebolire il flusso magnetico dei magneti permanenti, con un conseguente decremento della coppia prodotta. Lo stato dell’arte offre differenti strategie di controllo basate sulla saturazione dei regolatori degli anelli di corrente o sulla saturazione della tensione del DC BUS. Queste strategie funzionano molto bene in fase di accelerazione, mentre sono poco robuste in fase di decelerazione o frenata a causa dei fenomeni non lineari che accadono nella macchina elettrica.
Allo scopo di migliorare il controllo della macchina elettrica, all'interno degli schemi di controllo sono stati introdotti due blocchi per impostare la corretta corrente di alimentazione in caso di rapide variazioni di coppia e garantire la non-saturazione della tensione di DC per avere del margine di funzionamento. La soluzione proposta è stata validata con diversi test a banco con freno attivo, su banco prova simulante il funzionamento sul veicolo e successivamente in strada
L'aspetto innovativo del sistema è il miglioramento del controllo in caso di decelerazione o frenatura. Queste tematiche sono di recente trattazione anche a livello di ricerca scientifica, poiché le problematiche legate al controllo si stanno ampliando con l’affermarsi della trazione ibrida e full-electric. I risultati ottenuti mostrano un feeling di guida confortevole e un incremento della sicurezza del guidatore durante le fasi di frenatura
Il sistema di controllo può essere applicato ai veicoli per il trasporto delle persone, sia su veicoli leggeri fino a automobili full-electric, alimentate con macchine elettriche a magneti permanenti interni o a riluttanza pura.
Schemi a blocchi dei due sistemi di controllo ottimizzati. Schema a) controllo basato sulla saturazione degli anelli di corrente, schema b) basato sulla saturazione della tensione del DC BUS.
Veicolo leggero - motociclo elettrico
Il sistema di controllo ottimizzato è stato implementato per un veicolo leggero full-electric che presentava problemi di controllo in fase di decelerazione e in caso di frenata improvvisa.
La macchina elettrica del veicolo è una macchina a magneti permanenti interni con un basso rapporto di salienza, il che rende il controllo in deflussaggio ancora più complicato a causa della scarsa differenza tra le induttanze sincrone sugli assi d-q.
Il controllo è stato validato nel corso della sua implementazione con test a banco della sola macchina elettrica, su un banco prova che riproduce la condizione di lavoro del veicolo, e su strada.
I risultati dei test hanno dimostrato un effettivo miglioramento della robustezza del controllo soprattutto nelle fasi di rapida variazione di coppia, ad esempio a causa di una frenata improvvisa.
Il miglioramento ha comportato una maggiore sicurezza per il guidatore e una migliore sensazione di guida con un miglior controllo della fase di rigenerazione (frenata).
Engines Engineering Srl
Il controllo proposto sarà adottato su veicoli leggeri per il mercato internazionale. Ulteriori miglioramenti saranno di irrobustire lo schema di controllo e validarlo su altre macchine elettriche per la trazione elettrica.
Tests di verifica delle strategie di controllo su rapide variazioni di velocità su banco prova con veicolo leggero.