Transisi dari Manajemen Termal Reaktif ke Proaktif

Inverter Silikon Karbida Helix. (Gambar:Heliks)

Dalam rangkaian listrik, elektron yang mengalir menabrak atom-atom dalam bahan penghantar dan menyebabkan atom-atom tersebut bergetar. Energi panas adalah total energi kinetik dan potensial partikel dalam suatu wilayah ruang, sehingga perpindahan energi dari elektron ke partikel sebagai energi kinetik diwujudkan dalam bentuk panas.

Semakin besar resistansinya, semakin sering terjadi benturan dan ini berarti semakin besar pula panas yang dihasilkan. Resistansi yang lebih besar tidak hanya menghasilkan lebih banyak panas, tetapi untuk logam, peningkatan panas ini menghasilkan lebih banyak resistensi.

Tugas manajemen termal adalah menemukan cara untuk menghilangkan panas ini dan mencegah putaran umpan balik ini mengurangi efisiensi dan kinerja listrik suatu sistem secara signifikan. Hal ini juga merupakan kunci umur panjang magnet permanen, karena partikel penyusun bahan magnetis akan kehilangan kesejajaran magnetnya jika menerima terlalu banyak energi kinetik — artinya, partikel tersebut akan mengalami demagnetisasi.

Ini semua menjadikan manajemen termal penting untuk motor EV. Namun seiring dengan masalah mendasar yaitu hambatan dan pemanasan, motor EV juga harus menghadapi sumber panas lain seperti arus eddy di dalam besi stator motor, rugi-rugi viskos pada bantalan, dan rugi-rugi frekuensi tinggi yang diakibatkan oleh inverter peralihan cepat.

Kecerdasan Waktu Nyata

Seiring dengan putaran umpan balik suhu dan resistansi (resistansi tembaga meningkat sebesar 40 persen setiap 100 derajat suhu), terdapat juga fakta bahwa insulasi listrik di sekitar belitan stator akan cepat rusak jika terlalu panas. Aturan praktisnya adalah untuk setiap kenaikan suhu 10 derajat, resistansi insulasi akan berkurang setengahnya, dan pada suhu tertentu insulasi akan rusak seluruhnya.

Hal ini membuat manajemen termal motor pada kendaraan listrik menjadi tugas yang sangat kompleks, dan perlu diatasi sejak dini. Satu titik panas yang tidak terdeteksi dapat menyebabkan kerusakan motor listrik dengan sangat cepat dan berakibat permanen.

Artinya, manajemen termal EV merupakan intervensi yang memerlukan kecerdasan real-time pada kondisi motor, bahkan saat pendingin cair aktif diterapkan, seperti yang biasa terjadi. Selain meningkatkan performa motor sebenarnya, dan yang lebih penting lagi performa baterai, kecerdasan real-time semacam ini dapat memungkinkan inovasi dalam manajemen termal, pemanasan, dan pendinginan semua kendaraan — yang diwujudkan dalam teknologi seperti Tesla Octovalve, yang mengintegrasikan beberapa sistem pendingin dan pemanas untuk memusatkan dan merasionalisasi manajemen panas seluruh kendaraan.

Plot kontur tekanan fluida saluran pendingin. (Gambar:Heliks)

Namun dari manakah sebenarnya kecerdasan real-time ini berasal? Mengumpulkan pembacaan panas yang tepat dari keseluruhan motor EV bukanlah tugas yang mudah, terutama pada resolusi yang diperlukan untuk mengidentifikasi titik panas secepat dan seakurat yang diperlukan agar dapat berguna. Diperlukan banyak pembacaan suhu langsung di dalam motor, dan cairan pendingin motor, yang mencakup belitan rotor dan stator.

Metode Langsung dan Tidak Langsung

Ada dua cara untuk memperoleh informasi suhu ini. Yang pertama adalah metode langsung, dengan menempatkan sensor langsung di tempat untuk memberikan pengukuran suhu secara real-time, yaitu menggunakan termistor atau sensor termokopel yang bersentuhan langsung, atau pengukuran rotor melalui sensor infra merah. Ini adalah cara paling intuitif untuk melakukan tugas tersebut, namun ada beberapa komplikasi besar:peningkatan kompleksitas, titik kegagalan, dan biaya kualitas untuk sensor itu sendiri.

Motor Teknologi Inti yang Dapat Diskalakan Helix. (Gambar:Heliks)

Pemasangan dan pengkabelan berbagai sensor di dalam motor menimbulkan tantangan pengkabelan, pengemasan, dan pemeliharaan yang memerlukan rekayasa ekstra yang signifikan untuk mengatasinya dan mungkin memerlukan trade-off dalam efisiensi dan kinerja untuk mengakomodasinya. Dan kegagalan satu sensor saja dapat mengakibatkan pembacaan yang salah sehingga membuat strategi manajemen termal menjadi kacau, sehingga mengakibatkan hilangnya kinerja, efisiensi, dan ketidakpuasan pelanggan.

Ini memunculkan metode tidak langsung:penggunaan pemodelan elektromagnetik dan termal yang digabungkan. Dengan mengembangkan model canggih tentang bagaimana motor berperilaku dalam berbagai kondisi listrik dan termal, kita dapat memasangkannya dengan sensor yang sudah dipasang di dalam dan di sekitar motor. Misalnya, kita dapat menggunakan informasi dari sensor arus dan posisi yang diperlukan dan juga harus memenuhi standar keselamatan fungsional yang ketat, ditambah dengan pengukuran suhu cairan pendingin tunggal. Dari model tersebut, kami kemudian dapat menyimpulkan dari model real-time seperti apa distribusi panas di seluruh sistem pada titik waktu mana pun.

Pemodelan Elektrotermal

Tantangan dalam mengandalkan pemodelan elektrotermal dibandingkan sensor adalah metode ini merupakan metode tidak langsung. Artinya, Anda kini bergantung pada penerapan dan keakuratan model Anda, yang pada gilirannya memerlukan pengujian yang cukup untuk mengembangkan dan menyempurnakannya, serta daya komputasi yang cukup untuk menjalankan model dan membuat kesimpulan suhu yang diperlukan.

Plot kontur suhu stator. (Gambar:Heliks)

Oleh karena itu, pendekatan ini sangat bergantung pada kecanggihan tim teknik di balik motor dan kendaraan. Selain itu, seperti halnya alat pengukuran apa pun, pengukuran memerlukan pemahaman tentang keakuratannya, dan pengaturan batas yang tepat.

Namun manfaat dari pendekatan ini, jika dilakukan dengan benar, akan sangat besar. Tidak ada pengorbanan yang diperlukan untuk mengakomodasi sensor dan kabelnya di dalam dan di sekitar motor, yang berarti data pengelolaan termal tidak perlu mengorbankan efisiensi atau performa.

Pendekatan ini juga mengurangi titik kegagalan pada motor dan EV. Yang terpenting, jika suatu model cukup canggih, model tersebut juga dapat memiliki kemampuan prediktif yang signifikan dan ditempatkan dengan baik untuk menginstruksikan sistem manajemen termal agar sepenuhnya mencegah pembentukan hotpot dan menjaga motor tetap stabil dengan performa optimal.

Peralihan dari manajemen termal reaktif ke preemptif sangat penting untuk meningkatkan kinerja, efisiensi, dan masa pakai. Dengan mempertahankan suhu yang seragam dan stabil serta meminimalkan gangguan kecil sekalipun terhadap kondisi stabil tersebut, sistem manajemen termal yang didukung oleh pemodelan elektrotermal berpasangan akan menjadi kunci untuk mendorong kualitas motor EV. Faktanya, daripada menjadi pengganti tidak langsung untuk sensor suhu, mungkin lebih baik menganggap sensor suhu sebagai pengganti suboptimal untuk pemodelan elektrotermal yang baik.

Artikel ini ditulis oleh Andrew Cross, Chief Innovation Officer, Helix (Milton Keynes, Inggris). Untuk informasi lebih lanjut, silakan kunjungi di sini  .