IT201800010232A1 - Gruppo elettrogeno ibrido. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: “Gruppo elettrogeno ibrido”
DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda un gruppo elettrogeno per l'alimentazione di potenza elettrica ad un carico.
Un gruppo elettrogeno è una macchina atta a fornire potenza elettrica ad uno o più carichi impossibilitati ad accedere alla rete di distribuzione elettrica. Esso può lavorare in servizio continuo o in condizioni di emergenza, a seconda dell'utilizzo. Gruppi elettrogeni a servizio continuo sono utilizzati in aree dove non è presente una infrastruttura stabile di distribuzione dell'energia elettrica, ad esempio in cantieri edili. Gruppi elettrogeni a servizio in emergenza sono installati in edifici o in associazione a servizi essenziali, ad esempio in ospedali o centri elettronici di elaborazione e controllo, e sono utilizzati in caso di mancanza di corrente di rete.
In funzione degli scopi e delle destinazioni d'uso, un gruppo elettrogeno comprende un motore termico accoppiato ad un generatore elettrico (alternatore), per produrre energia elettrica a partire dall'energia termica di combustione attraverso una conversione intermedia in energia meccanica, o un gruppo di continuità statico, ossia senza parti in movimento, che include un sistema di batterie tampone - normalmente alimentate e caricate dalla rete elettrica - atte a erogare energia elettrica attraverso un inverter che trasforma una energia elettrica a corrente continua in energia elettrica a corrente alternata.
La tecnologia impiegata nella produzione di gruppi elettrogeni è ben consolidata.
L’utilizzo di un gruppo elettrogeno per la generazione di energia elettrica in zone ove non sia disponibile la rete elettrica o in emergenza alla stessa rete elettrica, è diffusa e presenta i seguenti aspetti e limiti operativi:
a. Il gruppo elettrogeno deve essere avviato quando è richiesta la produzione di energia elettrica e, nella applicazione standard, viene regolato a rpm fissi.
b. Il gruppo elettrogeno, durante il funzionamento, produce emissioni nocive di CO2 e sonore. L'abbattimento delle prime è perseguito dalla normativa internazionale (de-carbonizzazione), le seconde, pur se opportunamente contenute da sistemi di insonorizzazioni, non sono tollerate in determinati scenari operativi.
c. Il dimensionamento in potenza del gruppo elettrogeno è funzione dei picchi di potenza richiesti dal carico elettrico, ciò che porta ad un sovradimensionamento del gruppo elettrogeno.
d. Il funzionamento del gruppo elettrogeno è poco efficiente quanto più ci si discosta dalla sua potenza nominale in quanto il sistema motore primo (diesel) – alternatore si trova a funzionare in condizione tale per cui il consumo in litri di combustibile/kWh prodotto è elevato.
e. Il punto di funzionamento a maggior efficienza dal punto di vista dei consumi si raggiunge tipicamente con carichi elettrici ben superiori al 50% della potenza nominale del gruppo elettrogeno. Il funzionamento del gruppo elettrogeno con carichi elettrici di potenza molto minore alla potenza nominale comporta problemi di natura prettamente meccanica per un motore diesel.
La presente invenzione si prefigge lo scopo di fornire una soluzione soddisfacente ai problemi ed ai limiti operativi in precedenza esposti, evitando gli inconvenienti della tecnica nota.
In particolare, scopo dell'invenzione è quello di ottenere una riduzione delle dimensioni del gruppo elettrogeno rispetto ad un gruppo elettrogeno tradizionale, massimizzare l'efficienza, ossia minimizzare il consumo di carburante, del gruppo elettrogeno, rendere più efficienti i costi di manutenzione e il rifornimento di carburante minimizzando le ore di funzionamento del gruppo elettrogeno, ridurre al minimo le emissioni di gas nocivi e le emissioni sonore.
Secondo la presente invenzione tale scopo viene raggiunto grazie ad un gruppo elettrogeno avente le caratteristiche richiamate nella rivendicazione 1.
Modi particolari di realizzazione formano oggetto delle rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto è da intendersi come parte integrale o integrante della presente descrizione.
In sintesi, la presente invenzione si fonda sul principio di integrare in un gruppo elettrogeno due diverse fonti energetiche per alimentare un carico elettrico, rispettivamente un complesso di motore termico ed alternatore isocrono ed un sistema di immagazzinamento di energia elettrica, ed un modulo elettronico di controllo di potenza avente in carico la gestione delle fonti energetiche.
Vantaggiosamente, mentre il dimensionamento di un gruppo elettrogeno tradizionale è funzione del valore di picco del carico elettrico, il dimensionamento del gruppo elettrogeno oggetto dell'invenzione è funzione del profilo di carico nel tempo. Picchi di carico molto maggiori della potenza massima che il complesso di motore termico e alternatore può fornire con carico variabile e in servizio continuo secondo le condizioni ambientali e di ciclo di lavorazione stabilite dal costruttore sono alimentati dal complesso di motore termico e alternatore e dal sistema di immagazzinamento di energia elettrica, in modo sincronizzato dal modulo elettronico di controllo di potenza. Bassi carichi molto minori della potenza massima che il complesso di motore termico e alternatore può fornire con carico variabile e in servizio continuo secondo le condizioni ambientali e di ciclo di lavorazione stabilite dal costruttore sono alimentati esclusivamente dal sistema di immagazzinamento di energia elettrica.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione verranno più dettagliatamente esposti nella descrizione particolareggiata seguente di una sua forma di attuazione, data a titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
la figura 1 è un diagramma circuitale schematico del gruppo elettrogeno oggetto dell'invenzione;
le figure 2a, 2b e 2c sono rappresentazioni schematizzate dei differenti modi operativi del gruppo elettrogeno oggetto dell'invenzione; e
le figure 3a, 3b sono diagrammi di flusso di strategie di gestione della potenza erogata ad un carico dal gruppo elettrogeno oggetto dell'invenzione, in funzione del carico e dello stato del gruppo elettrogeno medesimo.
Con riferimento alla figura 1 è mostrato nelle linee essenziali un diagramma circuitale di un gruppo elettrogeno 10 secondo l'invenzione per l'alimentazione di potenza elettrica ad un carico L.
Esso comprende un complesso di motore termico 12 ed alternatore 14, l'alternatore essendo accoppiato cinematicamente ad un organo rotante di detto motore e predisposto per convertire l'energia cinetica del moto di rotazione di detto organo rotante in energia elettrica a corrente alternata, un sistema 16 di immagazzinamento di energia elettrica atto a rendere disponibile una potenza elettrica a corrente continua, ed un modulo elettronico di controllo 18 predisposto per gestire l'erogazione di energia elettrica dal complesso di motore termico 12 ed alternatore 14 e dal sistema di immagazzinamento di energia elettrica 16.
L'alternatore 14 presenta la propria uscita collegata al carico L attraverso primi mezzi commutatori comandati S1.
Il sistema di immagazzinamento di energia elettrica 16 comprende una pluralità di accumulatori o batterie 16a, 16b, ..., 16n in parallelo e/o in serie, a valle dei quali è disposto un rispettivo convertitore DC/DC bidirezionale 17a, 17b, ..., 17n. Ad esso sono associati mezzi convertitori 20 di potenza elettrica da corrente continua a corrente alternata e viceversa, ad esempio un inverter bidirezionale trifase digitale a controllo vettoriale, collegati al carico L attraverso secondi mezzi commutatori comandati S2.
Il modulo elettronico di controllo 18 è predisposto per controllare detti primi e secondi mezzi commutatori comandati S1, S2 per la selezione di uno tra una pluralità di modi di funzionamento del gruppo elettrogeno, in funzione delle richieste di alimentazione del carico, come sarà meglio descritto nel seguito. Detto modulo è inoltre collegato al sistema di gestione di batteria (BMS) di ogni batteria 16a, 16b, ..., 16n ed ai relativi convertitori DC/DC bidirezionali 17a, 17b, ..., 17n, nonché ai mezzi convertitori di potenza elettrica 20 ad essi associati, e predisposto per gestire tramite essi l'inversione del flusso di potenza da o verso il sistema di immagazzinamento di energia elettrica 16 nel suo complesso o separatamente per ciascuna batteria. Il modulo elettronico di controllo 18 è inoltre predisposto per misurare la corrente erogata al carico a valle del complesso di motore termico 12 ed alternatore 14 e a valle del sistema di immagazzinamento di energia elettrica 16, ovvero la corrente erogata al sistema di immagazzinamento di energia elettrica 16 dal complesso di motore termico 12 ed alternatore 14.
Un interruttore generale S è disposto a monte del carico L per il controllo dell'inserimento o dell'esclusione del carico.
Una interfaccia utente H è collegata al complesso di motore termico 12 ed alternatore 14, rispettivamente a valle di ciascuno di essi, ed al modulo elettronico di controllo 18, attraverso un bus B sul quale sono convogliati segnali secondo il protocollo CAN o Modbus, ad esempio, eventualmente ridondato su collegamento filare. Al modulo di controllo 18 è anche collegato un visualizzatore D per la configurazione e visualizzazione degli stati operativi del gruppo elettrogeno.
Nelle figure 2a-2c sono mostrate configurazioni schematizzate dei differenti modi operativi del gruppo elettrogeno oggetto dell'invenzione.
Poiché il gruppo elettrogeno fornisce energia e potenza al carico da due fonti energetiche, si hanno tre diverse possibilità di utilizzo delle fonti energetiche, segnatamente:
i. Alimentazione solo dal sistema di immagazzinamento di energia elettrica: il motore termico è spento ed il carico elettrico è alimentato dagli accumulatori del sistema di immagazzinamento di energia elettrica. Questa configurazione è mostrata nella figura 2a.
ii. Alimentazione solo dal complesso di motore termico ed alternatore: il motore termico è funzionante ed il carico elettrico è alimentato attraverso l'alternatore, gli accumulatori del sistema di immagazzinamento di energia elettrica sono eventualmente caricati attraverso l'alternatore. Questa configurazione è mostrata nella figura 2b.
iii. Alimentazione dal complesso di motore termico ed alternatore e dal sistema di immagazzinamento di energia elettrica: il motore termico è funzionante ed il carico elettrico è alimentato attraverso l'alternatore e dagli accumulatori del sistema di immagazzinamento di energia elettrica. Questa configurazione è mostrata nella figura 2c.
Le tre diverse possibilità di utilizzo delle fonti energetiche rendono possibili cinque differenti modi di funzionamento, selezionabili tramite l’interfaccia utente azionando appositi interruttori e/o pulsanti ed attuate dal modulo elettronico di controllo, di seguito descritte.
Just battery mode: modo di funzionamento con alimentazione solo dal sistema di immagazzinamento di energia elettrica
In questa modalità il gruppo elettrogeno fornisce energia unicamente tramite gli accumulatori del sistema di immagazzinamento di energia 16 fino al raggiungimento della soglia minima di stato di carica degli accumulatori impostata, dopodiché non erogherà più potenza.
Il segnale di partenza gruppo sul bus B è disabilitato. I mezzi commutatori S1 sono sempre aperti e il motore termico 12 è sempre spento.
Il modulo di controllo 18 monitora costantemente lo stato di carica degli accumulatori del sistema di immagazzinamento di energia 16 ed alimenta il carico L dagli accumulatori attraverso l'inverter 20 e la chiusura dei mezzi commutatori S2.
Il modulo di controllo 18 ha impostata una soglia di allarme di scarica (SoC_MIN). Tale soglia di allarme è rappresentativa del limite di carica oltre il quale non è consigliabile scaricare gli accumulatori. L'azione comandata in conseguenza al superamento di tale soglia dipende dal modo di funzionamento selezionato.
Eco mode: modo di funzionamento ecologico
In questa modalità vengono combinate tutte e tre le gestioni illustrate nelle figure 2a-2c. La logica di funzionamento è la seguente:
A. Carico << potenza massima del complesso di motore termico e alternatore
Il motore termico 12 è spento e il carico L viene alimentato dai soli accumulatori del sistema di immagazzinamento di energia 16, attraverso l'inverter 20 e la chiusura dei mezzi commutatori S2. B. Carico < potenza massima del complesso di motore termico e alternatore
Il motore termico 12 viene accesso e attraverso l'alternatore 14 alimenta il carico L e contemporaneamente ricarica gli accumulatori del sistema di immagazzinamento di energia 16 (se scarichi) attraverso i mezzi commutatori S2 chiusi. La potenza elettrica erogata dal complesso di motore termico e alternatore (somma della potenza richiesta dal carico e dalla ricarica degli accumulatori) viene gestita al fine di minimizzare i consumi di combustibile.
Nel transitorio tra lo scenario A e lo scenario B, il motore termico 12 deve essere avviato, il modulo di controllo 18 si deve sincronizzare ed il complesso di motore termico e alternatore deve essere abilitato ad erogare potenza, per cui il modulo di controllo comanda i mezzi commutatori S1 chiusi.
C. Carico elettrico > potenza massima del complesso di motore termico e alternatore
Gli accumulatori del sistema di immagazzinamento di energia 16 aiutano il complesso di motore termico 12 e alternatore 14 ad alimentare il carico L, permettendo di fornire potenza a carichi superiori alla potenza massima del complesso di motore termico e alternatore, attraverso l'inverter 20 e la chiusura dei mezzi commutatori S2.
Il modulo di controllo 18 monitora costantemente la potenza erogata verso il carico L e lo stato di carica degli accumulatori del sistema di immagazzinamento di energia 16.
Power mode: modo di funzionamento di potenza
In questa modalità vengono combinate tutte e tre le gestioni illustrate nelle figure 2a-2c. La logica di funzionamento è la seguente:
A. Carico elettrico << potenza massima del complesso di motore termico e alternatore
Il motore termico 12 è avviato e funziona al minimo, non è sincronizzato con il modulo di controllo 18 e non è abilitato ad erogare potenza, per cui i mezzi commutatori S1 sono aperti. Il carico L viene alimentato dai soli accumulatori del sistema di immagazzinamento di energia 16 attraverso l'inverter 20 e la chiusura dei mezzi commutatori S2. B. Carico elettrico < potenza massima del complesso di motore termico e alternatore
Il motore termico 12, già avviato e al minimo, viene comandato ad una velocità di rotazione nominale, il modulo di controllo 18 viene sincronizzato ed il complesso di motore termico 12 ed alternatore 14 viene abilitato ad erogare potenza. Il modulo di controllo 18 comanda i mezzi commutatori S1 chiusi.
Il complesso di motore termico 12 ed alternatore 14 alimenta il carico L e, contemporaneamente, ricarica gli accumulatori del sistema di immagazzinamento di energia 16 (se scarichi), la potenza elettrica erogata dal complesso di motore termico 12 ed alternatore 14 (somma della potenza richiesta dal carico e dalla ricarica degli accumulatori) viene gestita al fine di minimizzare i consumi di combustibile.
Nel transitorio tra scenario A e scenario B, il complesso di motore termico 12 ed alternatore 14 deve essere portato alla velocità di rotazione nominale, il modulo di controllo 18 sincronizzato ed il complesso di motore termico 12 ed alternatore 14 abilitato ad erogare potenza.
C. Carico elettrico >> potenza massima del complesso di motore termico e alternatore
Gli accumulatori del sistema di immagazzinamento di energia 16 aiutano il complesso di motore termico 12 ed alternatore 14 ad alimentare il carico L, permettendo di soddisfare carichi superiori alla potenza erogabile dal motore termico.
Il modulo di controllo 18 monitora costantemente la potenza erogata verso il carico L e lo stato di carica degli accumulatori del sistema di immagazzinamento di energia 16.
Full power mode: modo di funzionamento a piena potenza
Questa modalità si riferisce alle gestioni illustrate nelle figure 2b e 2c.
Il motore termico 12 è sempre acceso e alimenta il carico L indipendentemente dal fattore di carico, per cui il modulo di controllo 18 comanda i mezzi commutatori S1 chiusi. Nel caso in cui la potenza richiesta superi la potenza massima del complesso di motore termico 12 e alternatore 14, gli accumulatori del sistema di immagazzinamento di energia 16 forniscono l'energia supplementare necessaria per fornire potenza al carico.
La potenza elettrica erogata dal complesso di motore termico e alternatore (somma della potenza richiesta dal carico e dalla ricarica degli accumulatori) viene gestita al fine di minimizzare i consumi di combustibile.
Il modulo di controllo 18 monitora costantemente la potenza erogata verso il carico L e lo stato di carica degli accumulatori del sistema di immagazzinamento di energia 16 per attuare la strategia di minimizzazione dei consumi di combustibile. Non è previsto che la potenza erogata al carico sia fornita dal solo sistema di immagazzinamento di energia 16 attraverso l'inverter.
Just engine mode: modo di funzionamento con alimentazione solo dal complesso di motore termico ed alternatore
Il gruppo elettrogeno si comporta come un gruppo elettrogeno tradizionale, bypassando completamente il sistema di immagazzinamento di energia 16, quindi senza funzionare in modalità ibrida.
In questo caso, quindi, il modulo di controllo 18 isola l'ingresso del sistema di immagazzinamento di energia 16 comandando aperti i mezzi commutatori S2, per cui l'unica fonte con cui è alimentabile il carico L è il complesso di motore termico 12 ed alternatore 14 attraverso la chiusura dei mezzi commutatori S1, nella condizione in cui il motore termico è sempre avviato.
In questo caso, un operatore può comandare manualmente l'avvio del motore termico, la chiusura o l'apertura dei mezzi commutatori S1, lo spegnimento del motore termico, comunicando le istruzioni al modulo di controllo 18 tramite un pulsante sull'interfaccia utente H.
L'interruttore generale S, per una commutazione ON/OFF generale del gruppo elettrogeno, e l'interfaccia utente H, per la selezione dei vari modi di funzionamento, sono preferibilmente installati in un quadro macchina del gruppo elettrogeno, accessibile da un operatore.
L'interruttore generale S abilita/disabilita la tensione ausiliare a tutto il quadro macchina e fornisce potenza ausiliaria al modulo elettronico di controllo. L'interfaccia utente H per la selezione dei vari modi di funzionamento è collegata al modulo elettronico di controllo al quale comunica la selezione del modo di funzionamento attraverso una terna di ingressi digitali del modulo elettronico di controllo, preferibilmente secondo la tabella sotto riportata.
JB ECO POWER FULL JE
Dig. in. 1 X X X - -Dig. in. 2 - <X X X >-Dig. in. 3 - - X X X dove con JB (Just battery mode) è indicato il modo di funzionamento con alimentazione solo dal sistema di immagazzinamento di energia elettrica, con ECO (Eco mode) è indicato il modo di funzionamento ecologico, con POWER (Power mode) è indicato il modo di funzionamento di potenza, con FULL (Full power mode) è indicato il modo di funzionamento a piena potenza e con JE (Just engine mode) è indicato il modo di funzionamento con alimentazione solo dal complesso di motore termico ed alternatore.
L'interfaccia utente H comprende preferibilmente un controllore per il complesso di motore termico ed alternatore, atto a ricevere via CAN, dati, misure e stati dal modulo elettronico di controllo. La sua primaria funzione è quella di gestire il motore termico (procedura di start, di stop), di attuare misure elettriche inerenti l’output dell'alternatore ad esso accoppiato, di visualizzare le misure comunicate dal modulo elettronico di controllo.
Vantaggiosamente, l'interfaccia utente H è equipaggiata con un sistema di selezione delle condizioni operative del complesso di motore termico ed alternatore tramite pulsanti fisici - azionabili da un operatore - o segnali digitali - emessi dal modulo elettronico di controllo. Le condizioni operative sono:
· STOP/RESET MODE: il motore termico è spento e mantenuto in tale condizione. La selezione di questa condizione operativa avviene da pulsanti o tramite segnali digitali.
· AUTO MODE: il motore termico rimane spento in attesa di una richiesta di avvio (da segnale digitale), le procedure di start/stop del motore termico sono gestite automaticamente senza l'intervento di un utente. La selezione di questa condizione operativa avviene da pulsanti o tramite segnali digitali.
E' importante garantire che la selezione delle condizioni operative del controllore sia coordinata con la selezione del modo di funzionamento del gruppo elettrogeno nel suo complesso. Tale selezione è attuata dal modulo elettronico di controllo evitando che l’utente possa cambiare le condizioni operative del controllore causando un funzionamento improprio del sistema.
La potenza elettrica erogata dal gruppo elettrogeno (somma della potenza richiesta dal carico e dalla eventuale ricarica degli accumulatori) viene gestita dal modulo elettronico di controllo al fine di minimizzare i consumi di combustibile.
La strategia di gestione della potenza sul carico è attuata in funzione della potenza nominale e delle condizioni di stand by del gruppo elettrogeno, dello stato di carica degli accumulatori, della potenza nominale del sistema di immagazzinamento di energia elettrica.
La strategia di gestione è descritta di seguito con riferimento al diagramma di flusso delle figure 3a e 3b.
In esse:
P_DG indica la potenza istantanea erogata dal complesso di motore termico e alternatore;
P_DG_NOM indica la potenza elettrica nominale del complesso di motore termico e alternatore (dato di targa);
P_Comb indica la potenza elettrica erogata dal complesso di motore termico e alternatore da cui si ha il minimo consumo specifico (dato di targa);
P_Inv indica la potenza istantanea dell'inverter; P_Inv_nom indica la potenza nominale dell'inverter e quindi la potenza massima di carica e scarica degli accumulatori;
BS è un valore binario che indica lo stato degli accumulatori (1: in carica, 0: in scarica); Pload indica il valore istantaneo della potenza elettrica richiesta dal carico;
SoC indica il valore istantaneo dello stato di carica degli accumulatori;
P_Start/Stop indica la soglia di potenza per l'accensione e lo spegnimento del complesso di motore termico e alternatore (valore prestabilito);
P_Chrg indica la potenza massima di carica degli accumulatori (valore prestabilito);
SoC_MIN indica il valore di soglia dello stato di carica minima assoluta (valore prestabilito).
SoC_MIN_ECO indica il valore minimo imposto al SoC degli accumulatori per l'avviamento del complesso di motore termico e alternatore (valore prestabilito) in modalità ECO e POWER.
SoC_MAX_ECO indica il valore massimo imposto al SoC degli accumulatori per considerarli carichi (valore prestabilito) nella modalità ECO e POWER.
La strategia di gestione opera secondo un algoritmo che sovraintende alla determinazione dello lo stato del generatore (avviato o spento), schematizzato in figura 3a, e secondo un algoritmo che gestisce i flussi di potenza (a generatore avviato), schematizzato in figura 3b.
La strategia di gestione è funzione inoltre del modo di funzionamento selezionato.
Nel modo di funzionamento con alimentazione solo dal sistema di immagazzinamento di energia elettrica (JB) il complesso di motore termico e alternatore è sempre spento. Il sistema alimenta il carico con il valore istantaneo della potenza elettrica richiesta da esso (Pload) con i limiti rappresentati dalla potenza nominale dell'inverter (P_Inv_nom) e dal valore di soglia prestabilito dello stato di carica minima assoluta (SOC_MIN). Al verificarsi di una condizione in cui il valore istantaneo dello stato di carica degli accumulatori (SoC) è minore del valore di soglia prestabilito dello stato di carica minima (SOC_MIN) o il valore istantaneo della potenza elettrica richiesta dal carico (Pload) è maggiore della potenza nominale dell'inverter (P_Inv_nom), l’erogazione di potenza viene interrotta e viene rilevato il relativo stato di allarme.
Con riferimento alle figure 3a e 3b, nei modi di funzionamento ecologico (ECO) e di potenza (PO-WER), all’avvio del sistema al passo 100 viene avviato il complesso di motore termico e alternatore quindi sincronizzato con l’inverter. Il sistema permane in questo stato alimentando il carico per un intervallo di tempo prestabilito, ad esempio per 60”, come indicato al passo 110. Il modulo elettronico di controllo del sistema esegue quindi le seguenti procedure (A1 e A2), rispettivamente illustrate nei diagrammi di flusso delle figure 3a e 3b:
Procedura A1 - L’algoritmo che sovraintende alla determinazione dello lo stato del complesso di motore termico e alternatore (avviato o spento) attua in sequenza i seguenti controlli:
▪ al passo 120, il modulo elettronico di controllo verifica se il valore istantaneo dello stato di carica degli accumulatori è minore del valore minimo prestabilito per l'avviamento del complesso di motore termico e alternatore.
▪ In caso affermativo, al passo 130, il complesso di motore termico e alternatore viene avviato (BS è una variabile binaria che indica l'avviamento se il complesso di motore termico e alternatore è avviato per il superamento del valore minimo imposto allo stato di carica degli accumulatori) ed il controllo passa direttamente al passo 140. Altrimenti, se al passo 120 il modulo elettronico di controllo verifica che il valore istantaneo dello stato di carica degli accumulatori non è minore del valore minimo prestabilito per l'avviamento del complesso di motore termico e alternatore, lo stesso non viene avviato ed il controllo passa direttamente al passo 140.
▪ Di seguito, al passo 140 viene controllato se (1) il valore istantaneo della potenza elettrica richiesta dal carico è maggiore della soglia di potenza prestabilita per l'accensione e lo spegnimento del complesso di motore termico e alternatore e se (2) il il valore istantaneo dello stato di carica degli accumulatori è minore del valore massimo dello stato di carica degli accumulatori per considerarli carichi mentre la batteria è in carica.
▪ Nel caso in cui sia verificata almeno una delle due condizioni sopra citate, il modulo elettronico di controllo riconosce una condizione operativa C1, in cui il complesso di motore termico e alternatore viene mantenuto avviato ed abilitato ad alimentare il carico elettrico (on load).
▪ Nel caso in cui entrambe le condizioni siano non verificate, il modulo elettronico di controllo riconosce una condizione operativa C2, in cui il complesso di motore termico e alternatore viene comandato spento e gli accumulatori sono quindi comandati in scarica portando potenza sul carico tramite l'inverter.
Procedura A2 - A complesso di motore termico e alternatore avviato e ed abilitato ad alimentare il carico elettrico (on load), l’algoritmo che sovraintende alla gestione dei flussi di potenza attua i seguenti controlli:
▪ al passo 210 il modulo elettronico di controllo verifica se il valore istantaneo della potenza elettrica richiesta dal carico è minore della potenza elettrica erogata dal complesso di motore termico e alternatore.
▪ In caso affermativo il modulo elettronico di controllo riconosce una condizione operativa C3, in cui la batteria viene caricata con un valore di potenza - potenza istantanea dell'inverter - pari al minimo tra la potenza massima di carica degli accumulatori e la differenza tra la potenza elettrica erogata dal complesso di motore termico e alternatore e il valore istantaneo della potenza elettrica richiesta dal carico. Il modulo elettronico di controllo comanda la carica della batteria cercando di far erogare al complesso di motore termico e alternatore una potenza elettrica pari alla somma tra il valore istantaneo della potenza elettrica richiesta dal carico e la potenza istantanea dell'inverter, ed il più possibile vicino alla potenza elettrica da cui si ha il minimo consumo specifico.
▪ Se invece, dalla verifica al passo 210, risulta che il valore istantaneo della potenza elettrica richiesta dal carico è maggiore o uguale della potenza elettrica erogata dal complesso di motore termico e alternatore per cui si ha il minimo consumo specifico, ossia la potenza ottimale di consumo combustibile, il modulo elettronico di controllo esegue un ulteriore controllo sul valore istantaneo della potenza elettrica richiesta dal carico al passo 220.
▪ Se il valore istantaneo della potenza elettrica richiesta dal carico risulta inferiore alla potenza elettrica nominale del complesso di motore termico e alternatore il modulo elettronico di controllo riconosce una condizione operativa C4 in cui la batteria non è né in carica né in scarica, la potenza istantanea dell'inverter è quindi nulla e la potenza istantanea erogata dal complesso di motore termico e alternatore è pari alla potenza richiesta dal carico.
▪ Se invece al passo 220 il valore istantaneo della potenza elettrica richiesta dal carico risulta superiore o uguale alla potenza elettrica nominale del complesso di motore termico e alternatore il modulo elettronico di controllo esegue un ulteriore controllo al passo 230, verificando se (1) il valore istantaneo della potenza elettrica richiesta dal carico è maggiore della somma della potenza elettrica nominale del complesso di motore termico e alternatore e della la potenza nominale dell'inverter, oppure se (2) il valore istantaneo della potenza elettrica richiesta dal carico è maggiore della potenza elettrica nominale del complesso di motore termico e alternatore e il valore istantaneo dello stato di carica degli accumulatori è minore del valore di soglia dello stato di carica minima. ▪ Qualora sia verificata almeno una delle due condizioni sopra descritte il modulo elettronico di controllo riconosce una condizione operativa di allarme C5.
▪ Se invece entrambe le condizioni non sono verificate, il modulo elettronico di controllo riconosce una condizione operativa C6 in cui comanda le batterie in scarica (BOOST) portando l’inverter ad erogare una potenza istantanea pari alla differenza tra la potenza elettrica richiesta dal carico e la potenza elettrica nominale del complesso di motore termico e alternatore mentre il complesso di motore termico e alternatore eroga la propria potenza elettrica nominale.
Nel modo di funzionamento a piena potenza (FULL), all’avvio del sistema, viene avviato il complesso di motore termico e alternatore, quindi sincronizzato con l’inverter. Il sistema permane in questo stato alimentando il carico per un intervallo di tempo prestabilito, ad esempio per 60”. Il modulo elettronico di controllo del sistema esegue quindi la procedura A2 descritta in precedenza con riferimento alla figura 3b.
Nel modo di funzionamento con alimentazione solo dal complesso di motore termico ed alternatore (JE), il complesso di motore termico e alternatore è sempre avviato. Il sistema alimenta il carico (Pload) con i limiti rappresentati dalla la potenza elettrica nominale del complesso di motore termico e alternatore. Al verificarsi di una condizione in cui la potenza elettrica richiesta dal carico è maggiore della potenza elettrica nominale del complesso di motore termico e alternatore, l’erogazione di potenza viene interrotta e viene segnalato uno stato di allarme.
Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo allontanarsi dall'ambito di protezione dell'invenzione definito dalle rivendicazioni allegate.
Claims (8)
- RIVENDICAZIONI 1. Gruppo elettrogeno (10) per l'alimentazione di potenza elettrica ad un carico (L), comprendente in combinazione: - un complesso di motore termico (12) ed alternatore (14), l'alternatore (14) essendo accoppiato cinematicamente ad un organo rotante di detto motore (12) e predisposto per convertire l'energia cinetica del moto di rotazione di detto organo rotante in energia elettrica a corrente alternata, detto alternatore (14) essendo collegato alla propria uscita con il carico (L) attraverso primi mezzi commutatori comandati(S1); - un sistema di immagazzinamento di energia elettrica (16; 16a, 16b, ..., 16n) atto a rendere disponibile una potenza elettrica a corrente continua, a cui sono associati mezzi convertitori di potenza elettrica (20) da corrente continua a corrente alternata e viceversa, collegati alla propria uscita con il carico (L) attraverso secondi mezzi commutatori comandati (S2); ed - un modulo elettronico di controllo (18) predisposto per controllare detti primi e secondi mezzi commutatori comandati (S1, S2) per la selezione di uno tra una pluralità di modi di funzionamento del gruppo elettrogeno (10), in funzione delle richieste di alimentazione del carico (L), in cui detto modulo elettronico di controllo (18) è predisposto per: controllare detti primi mezzi commutatori comandati (S1) in una condizione di chiusura e detti secondi mezzi commutatori comandati (S2) in una condizione di apertura per la selezione di un modo di funzionamento del gruppo elettrogeno (10) atto a sostenere una richiesta di alimentazione di un carico (L) compreso tra un primo valore di soglia inferiore ad un valore di carico di riferimento predeterminato ed un secondo valore di soglia superiore a detto valore di carico di riferimento; controllare detti primi mezzi commutatori comandati (S1) in una condizione di chiusura e detti secondi mezzi commutatori comandati (S2) in una condizione di chiusura per la selezione di un modo di funzionamento del gruppo elettrogeno (10) atto a sostenere una richiesta di alimentazione di un carico (L) superiore a detto secondo valore di soglia; e controllare detti primi mezzi commutatori comandati (S1) in una condizione di apertura e detti secondi mezzi commutatori comandati (S2) in una condizione di chiusura per la selezione di un modo di funzionamento del gruppo elettrogeno (10) atto a sostenere una richiesta di alimentazione di un carico (L) inferiore a detto primo valore di soglia.
- 2. Gruppo elettrogeno (10) secondo la rivendicazione 1, in cui detto modulo elettronico di controllo (18) è predisposto per controllare detti primi mezzi commutatori comandati (S1) in una condizione di apertura e detti secondi mezzi commutatori comandati (S2) in una condizione di chiusura fino al raggiungimento di una predeterminata soglia minima di stato di carica di detto sistema di immagazzinamento di energia elettrica (16; 16a, 16b, ..., 16n).
- 3. Gruppo elettrogeno (10) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto modulo elettronico di controllo (18) è predisposto per controllare detti primi mezzi commutatori comandati (S1) in una condizione di chiusura e detti secondi mezzi commutatori comandati (S2) in una condizione di chiusura per la selezione di un modo di funzionamento del gruppo elettrogeno (10) atto a sostenere una richiesta di alimentazione di un carico (L) superiore a detto secondo valore di soglia in una configurazione di ricarica di detto sistema di immagazzinamento di energia elettrica (16; 16a, 16b, ..., 16n).
- 4. Gruppo elettrogeno (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto modulo elettronico di controllo (18) è predisposto per sincronizzare detti mezzi convertitori di potenza elettrica (20) da corrente alternata a corrente continua alla frequenza ed alla tensione della corrente elettrica erogata da detto alternatore (14).
- 5. Gruppo elettrogeno (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto modulo elettronico di controllo (18) è predisposto per comandare o mantenere il motore termico (12) spento quando predisposto per controllare detti primi mezzi commutatori comandati (S1) in una condizione di apertura e detti secondi mezzi commutatori comandati (S2) in una condizione di chiusura per la selezione di un modo di funzionamento del gruppo elettrogeno (10) atto a sostenere una richiesta di alimentazione di un carico (L) inferiore a detto primo valore di soglia.
- 6. Gruppo elettrogeno (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 4, in cui detto modulo elettronico di controllo (18) è predisposto per comandare o mantenere il motore termico (12) ad un regime di minimo quando predisposto per controllare detti primi mezzi commutatori comandati (S1) in una condizione di apertura e detti secondi mezzi commutatori comandati (S2) in una condizione di chiusura per la selezione di un modo di funzionamento del gruppo elettrogeno (10) atto a sostenere una richiesta di alimentazione di un carico (L) inferiore a detto primo valore di soglia.
- 7. Gruppo elettrogeno (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi convertitori di potenza elettrica (20) da corrente continua a corrente alternata e viceversa includono un inverter bidirezionale trifase.
- 8. Gruppo elettrogeno (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto sistema di immagazzinamento di energia elettrica (16; 16a, 16b, ..., 16n) include una pluralità di batterie (16a, 16b, ..., 16n) in parallelo e/o in serie, collegate a detti mezzi convertitori di potenza elettrica (20) attraverso rispettivi mezzi convertitori DC/DC bidirezionali isolati (17a, 17b, ..., 17n).
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Citations (4)
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| EP1261099A2 (en) * | 2001-05-23 | 2002-11-27 | General Electric Company | Low-energy storage fast-start uninterruptible power supply system and method |
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| EP2482444A2 (en) * | 2011-01-27 | 2012-08-01 | Techtronic Outdoor Products Technology Limited | Hybrid inverter generator |
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-
2018
- 2018-11-12 IT IT102018000010232A patent/IT201800010232A1/it unknown
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