Con la transizione dal motore a combustione interna a quello elettrico, il settore automotive sta attraversando una vera e propria rivoluzione: per garantire che al 2050 il settore dei trasporti diventi a emissioni zero, dal 2035 tutte le nuove auto in arrivo sul mercato UE non potranno emettere CO2.
Ma perché la transizione elettrica sia veramente sostenibile ci sono alcune grosse sfide da superare: l’alimentazione dei veicoli elettrici deve provenire da fonti rinnovabili, e le batterie che alimentano i motori devono avere maggiore autonomia e un ciclo di vita più lungo, riducendo così il consumo di materie prime. Per accelerare l’adozione di veicoli elettrici in Europa e nel resto del mondo è quindi essenziale lo sviluppo di soluzioni tecnologiche che rendano in primis le batterie sempre più performanti.
Un esempio di questa tecnologia è il progetto di Newtwen, deeptech nata nel 2020 come spin-off dell’Università di Padova, che a maggio 2023 ha fatto parlare di sé ottenendo un round d’investimento da 7 milioni di euro. Insieme a Meta System, azienda di Reggio Emilia specializzata in sistemi elettronici avanzati per il settore automobilistico, Newtwen ha sviluppato un’applicazione innovativa del gemello digitale dedicata all’ottimizzazione dell’On-board charger (OBC), ovvero un’unità ad alta potenza deputata alla trasformazione e al controllo dell’alimentazione di rete, proveniente dalla colonnina di ricarica, per rifornire la batteria dell’auto.
Vediamo di cosa si tratta.
Newtwen: come funzionano i gemelli digitali per l’auto elettrica
“Newtwen nasce con l’obiettivo di accelerare e ottimizzare lo sviluppo e la realizzazione dei progetti delle aziende impegnate nella transizione elettrica, portando i vantaggi della digitalizzazione nel mondo storicamente “hardware” dell’automotive e dell’automazione industriale” racconta a EconomyUp Francesco Toso, CEO e Co-founder. “Per farlo abbiamo sviluppato la tecnologia del Digital Twin on Edge, con cui le aziende possono realizzare soluzioni sempre più affidabili e performanti e a ridotto impatto ambientale”.
I Digital Twin, o gemelli digitali, sono repliche digitali ad alta fedeltà di sistemi fisici. La tecnologia di Newtwen permette di integrare quasi sistemi direttamente nel firmware dei componenti del powertrain dei veicoli elettrici, i sistemi di automazione industriale ed in generale nei componenti di elettronica di potenza. Questa integrazione consente di migliorarne prestazioni, longevità e affidabilità.
“Essendo in grado di operare “on edge”, i nostri sistemi elaborano i dati direttamente sul dispositivo, permettendo di ridurre drasticamente lo streaming e lo storage di dati su cloud, efficientando così l’utilizzo di risorse legate alla trasmissione, all’elaborazione ed allor storage dei dati su cloud” spiega Toso. “Lo sviluppo di questa tecnologia è quindi centrale per l’elettrificazione del comparto automotive, ma anche per quello industriale.”
Quali i vantaggi della soluzione?
La tecnologia sviluppata da Newtwen porta alle aziende impegnate attorno al processo di elettrificazione in ambito numerosi benefici: dalla progettazione che beneficia di un’accelerazione significativa, grazie alla possibilità di costruire repliche digitali estremamente accurate, alla validazione dei risultati che avviene molto più rapidamente consentendo attività di fast prototyping e che infine garantiscono una produzione affidabile e sicura di componenti, il cui ciclo di vita può essere in seguito monitorato con continuità e con la massima accuratezza.
“In generale per applicazioni di tipo power electroinics, l’implementazione e l’integrazione delle nostre soluzioni ha portato a risultati importanti quali l’aumento del 10% nella potenza continua massima, l’incremento dell’efficienza del 4%, l’aumento del 7% della corrente di picco e del tempo di reazione alle anomalie/defezioni, 10 volte più veloce,” dichiara Tosi.
Un esempio di applicazione: la svolta tecnologica dell’On-Board Charger per la ricarica elettrica
L’On-board charger (OBC) è un elemento fondamentale nel processo di ricarica elettrica: si tratta di un’unità ad alta potenza deputata alla trasformazione e al controllo dell’alimentazione di rete, proveniente dalla colonnina di ricarica, per rifornire la batteria dell’auto.
Con il progetto realizzato da Newtwen con Meta System, per la prima volta la tecnologia Digital Twin on Edge consentirà di fornire una panoramica ad alta risoluzione e in tempo reale dello stato termico dell’On-board Charger, restituendo dati oggettivi e realistici relativi alle temperature superficiali dei componenti elettronici di potenza.
Grazie al posizionamento di sensori virtuali, a una modellazione particolarmente dettagliata e a sofisticati algoritmi di calcolo, il Digital Twin on Edge (DtoE) gestisce in modo armonico le fluttuazioni termiche permettendo un’accuratezza di stima di temperatura con errore inferiore a 2°C in tutto il componente, con particolare attenzione ai punti caldi critici. In questo modo, i progettisti possono avere una visione completa e ad alta definizione dell’intero sistema e sviluppare OBC di nuova generazione più efficienti, che permettono il miglioramento del sistema software per la limitazione dinamica della potenza.
Fino ad oggi effettuare una gestione termica accurata degli OBC era un’operazione molto complessa: di conseguenza, sono sempre stati sovradimensionati, richiedendo l’integrazione di costose e ingombranti tecnologie hardware aggiuntive per il raffreddamento delle batterie, con importanti conseguenze su peso del veicolo, tempi di ricarica e costo delle batterie.
Le informazioni fornite dalla nuova tecnologia, finora considerate inaccessibili, permetteranno alle case automobilistiche di progettare nuove strategie di alimentazione garantendo una ricarica efficiente, rapida e sicura e aprendo la strada allo sviluppo di veicoli elettrici di nuova generazione. In particolare, la batteria potrà essere caricata più velocemente fino al 30%.
