IT202000029243A1 - Sistema di ricarica di batterie al litio di veicoli industriali - Google Patents

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Description

Descrizione di Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo: ?SISTEMA DI RICARICA DI BATTERIE AL LITIO DI VEICOLI INDUSTRIALI?.
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un sistema di ricarica di batterie al litio di veicoli industriali.
Sono noti svariati sistemi di ricarica di veicoli industriali che impiegano almeno un gruppo di alimentazione al litio montato sul veicolo da alimentare elettricamente ed almeno un gruppo di ricarica dedicato alla ricarica del gruppo di alimentazione.
In questo modo, quando il gruppo di alimentazione ? scarico, il veicolo ? guidato in corrispondenza di una opportuna stazione di ricarica dove il gruppo di ricarica ? configurato per collegarsi operativamente al gruppo di alimentazione al fine di ricaricarlo.
Notoriamente, il gruppo di alimentazione comprende almeno una batteria al litio e mezzi di gestione/controllo della batteria impiegati per gestire e controllare lo stato e il ciclo di ricarica di quest?ultima.
? noto, infatti, come le celle che generalmente compongono la batteria al litio siano particolarmente suscettibili alle tensioni e alle correnti a cui sono sottoposte. Pertanto, le tensioni e le correnti che intervengono su tali celle sono accuratamente controllate e regolate dai mezzi di gestione/controllo, il cosiddetto BMS (Battery Management System), con lo scopo di preservare l?integrit? del gruppo di alimentazione e di evitare malfunzionamenti e rotture della batteria che possono causare anche esplosioni e/o incendi. Per questo motivo, anche la tensione e la corrente erogata dal gruppo di ricarica per ricaricare il gruppo di alimentazione devono essere accuratamente controllate e regolate.
A questo proposito, i sistemi di ricarica di tipo noto sono provvisti di mezzi di comunicazione configurati per instaurare un canale di comunicazione dedicato tra il gruppo di ricarica e i mezzi di gestione/controllo della batteria, i quali, in questo modo, gestiscono e controllano l?erogazione di corrente e tensione del gruppo di ricarica.
In particolare, tale canale di comunicazione, ad esempio di tipo cablato e/o di tipo wireless, ? totalmente distinto rispetto al collegamento elettrico instaurato tra il gruppo di alimentazione ed il gruppo di alimentazione per la trasmissione della corrente e della tensione di ricarica della batteria; tale collegamento, infatti, ? impiegato dai mezzi di gestione/controllo esclusivamente per regolare e comandare il gruppo di ricarica durante la fase di ricarica della batteria, ad esempio tramite rete CAN, segnale PWM, comunicazione seriale e simili.
Pertanto, questa soluzione consente ai mezzi di gestione/controllo di gestire/controllare attivamente l?intero processo di ricarica del gruppo di alimentazione, impedendo che il gruppo di ricarica fornisca tensioni e correnti di ricarica che possono compromettere le prestazioni della batteria e/o causarne il surriscaldamento con conseguente pericolo di scoppio e di incendio.
Tuttavia, questo tipo di sistemi presentano alcuni inconvenienti legati, ad esempio, alla versatilit? di impiego del sistema stesso e/o alla sua complessit? strutturale.
Infatti, il corretto funzionamento dei sistemi di tipo noto dipende strettamente dai mezzi di comunicazione che permettono al gruppo di alimentazione di controllare il gruppo di ricarica.
Tuttavia, i sistemi di ricarica di batterie di veicoli industriali di vecchia generazione, ancora ampiamente utilizzati, sono sprovvisti di tali mezzi di comunicazione, in quanto comprendono gruppi di ricarica di batterie al piombo che non necessitano di particolari controlli per ricaricare le corrispondenti batterie.
In particolare, i gruppi di ricarica impiegati dai comuni sistemi di ricarica di vecchia generazione richiedono unicamente di connettere il gruppo di ricarica alla batteria al piombo da ricaricare tramite rispettivi connettori, senza la necessita di gestire e controllare il gruppo di ricarica durante le operazioni di ricarica della batteria.
Infatti, i sistemi di ricarica di tipo noto regolano la corrente di ricarica della batteria unicamente in funzione della tensione presente ai capi della stessa, ossia il voltaggio determinato dallo stato complessivo della batteria al piombo.
Per questo motivo, per sostituire il gruppo di alimentazione al piombo dei sistemi di tipo noto di vecchia generazione con un gruppo di alimentazione al litio, si rende necessario sostituire anche il gruppo di ricarica con un gruppo di ricarica configurato per comunicare con il gruppo di alimentazione. In caso contrario, il gruppo di ricarica metterebbe in serio pericolo l?integrit? del gruppo di alimentazione.
In altre parole, i sistemi di tipo noto (al piombo) devono essere completamente o parzialmente soppiantati con sistemi (al litio) che prevedono appositi mezzi di comunicazione tra il gruppo di ricarica e il gruppo di alimentazione, nella fattispecie i mezzi di gestione/controllo della batteria.
Questo inconveniente rende particolarmente costosa ed impegnativa la transizione dai sistemi di ricarica di tipo noto di vecchia generazione, ossia basati su gruppi di alimentazione al piombo, ai sistemi di ricarica di nuova generazione, basati su gruppi di alimentazione al litio.
Il compito principale della presente invenzione ? quello di escogitare un sistema di ricarica di batterie al litio di veicoli industriali che consenta di ricaricare gruppi di alimentazione al litio con gruppi di ricarica di batteria al piombo.
Altro scopo del presente trovato ? quello di escogitare un sistema di ricarica di batterie al litio di veicoli industriali che consenta di superare i menzionati inconvenienti della tecnica nota nell?ambito di una soluzione semplice, razionale, di facile ed efficace impiego e dal costo contenuto. Gli scopi sopra esposti sono raggiunti dal presente sistema di ricarica di batterie al litio di veicoli industriali avente le caratteristiche di rivendicazione 1.
Altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un sistema di ricarica di batterie al litio di veicoli industriali, illustrata a titolo indicativo, ma non limitativo, nelle unite tavole di disegni in cui:
la figura 1 ? una vista schematica di un sistema di ricarica di batterie al litio di tipo noto;
la figura 2 ? una vista schematica di un sistema di ricarica di batterie al litio secondo il trovato.
Con particolare riferimento a tali figure, si ? indicato globalmente con 1 un sistema di ricarica di batterie al litio di veicoli industriali.
Il sistema 1 di ricarica di batterie al litio di veicoli industriali comprende: - almeno un gruppo di alimentazione 15 al litio montato su un veicolo industriale 4 e provvisto di:
- almeno una stinga di celle 2 al litio configurata per alimentare il veicolo industriale 4;
- mezzi di gestione/controllo 3 operativamente collegati alla stinga di celle 2 e configurati per gestire/controllare quest?ultima;
- almeno un gruppo di ricarica 7 disposto in corrispondenza di un punto di ricarica 13 del veicolo industriale 4, configurato per ricaricare batterie al piombo aventi un range di tensioni di ricarica predefinito, provvisto di un corpo connettore 5 collegato elettricamente, in uso, al gruppo di alimentazione 15, e configurato per erogare attraverso il corpo connettore 5:
- almeno una corrente di ricarica della stinga di celle 2 il cui valore dipende dal valore di carica della stinga di celle 2 percepito dal gruppo di ricarica 7;
- almeno una tensione di ricarica della stinga di celle 2 il cui valore dipende dal valore di carica della stinga di celle 2 percepito dal gruppo di ricarica 7;
In particolare, il gruppo di ricarica 7 ? del tipo di un caricabatterie di batterie al piombo di tipo noto, configurato per:
- erogare una corrente di ricarica di valore sostanzialmente costante quando la batteria al piombo presenta un valore di carica sostanzialmente inferiore di un valore di carica predeterminato;
- erogare una tensione di ricarica di valore sostanzialmente costante quando la batteria al piombo presenta un valore di carica sostanzialmente maggiore del valore di carica predeterminato.
Vantaggiosamente, la stinga di celle 2 ? provvista di una pluralit? di celle di litio collegate elettricamente tra loro in serie e/o in parallelo in funzione del range di tensioni predefinito.
Pi? in dettaglio, le celle di litio sono collegate elettricamente tra loro in serie e/o parallelo in modo da realizzare una stinga di celle 2 avente un range di tensioni sostanzialmente confrontabile, preferibilmente uguale al range di tensioni predefinito.
Vantaggiosamente, la stinga di celle 2 ? del tipo di un accumulatore di carica di tipo noto provvisto di una o pi? celle al litio per alimentare il veicolo industriale 4.
Invece, i mezzi di gestione/controllo 3 sono preferibilmente del tipo di un BMS (Battery Management System) operativamente collegato alla stinga di celle 2.
In particolare, il sistema 1 ? sprovvisto di mezzi di comunicazione 8a, 8b tra il gruppo di alimentazione 15 e il gruppo di ricarica 7 configurati per consentire al gruppo di alimentazione 15 di controllare il gruppo di ricarica In particolare, con il termine mezzi di comunicazione si intende indicare qualsiasi mezzo di comunicazione tra il gruppo di ricarica 7 e i mezzi di gestione/controllo 3 configurato per consentire ai mezzi di gestione/controllo 3 di gestire/comandare direttamente, ad esempio tramite opportuni segnali di controllo/gestione, i mezzi di ricarica 7, come mostrato in figura 1, in cui ? mostrato un sistema di ricarica di batterie al litio di tipo noto provvisto di mezzi di comunicazione 8a, 8b.
In altre parole, con il termine mezzi di comunicazione si intende indicare qualsiasi mezzo di collegamento tra il gruppo di ricarica 7 e i mezzi di gestione/controllo 3 configurato per trasmettere qualsiasi segnale differente dalla corrente o dalla tensione di ricarica trasmessi per mezzo del corpo connettore 5 atto a controllare il gruppo di ricarica 7.
Ad esempio, con il termine mezzi di comunicazione si intende indicare qualsiasi mezzo provvisto di almeno un primo elemento di comunicazione 8a operativamente collegato al gruppo di ricarica 7 e almeno un secondo elemento di comunicazione 8b operativamente collegato ai mezzi di gestione/controllo 3 e atto a cooperare con il primo elemento di comunicazione 8a per la trasmissione di almeno un segnale di comando/controllo/gestione del gruppo di ricarica 7 da parte dei mezzi di gestione/controllo 3.
Vantaggiosamente, il corpo connettore 5 comprende uno o pi? contatti di alimentazione 6 atti a condurre la tensione e la corrente di ricarica.
In particolare, i contatti di alimentazione 6 sono atti a trasmettere unicamente la tensione e la corrente di ricarica.
Preferibilmente, il corpo connettore 5 ? costituito da uno o pi? contatti di alimentazione 6.
Inoltre, i mezzi di gestione/controllo 3 sono operativamente collegati interposti, in uso, tra la stinga di celle 2 il corpo connettore 5 e sono configurati per regolare il valore di almeno una tra la corrente e la tensione di ricarica.
Vantaggiosamente, il gruppo di alimentazione 15 comprende mezzi di regolazione 9, 14 operativamente collegati ai mezzi di gestione/controllo 3, interposti, in uso, tra il corpo connettore 5 e la stinga di celle 2 e provvisti di almeno un?unit? di regolazione 14 del valore di carica percepito dal gruppo di ricarica 7.
In particolare, i mezzi di gestione/controllo 3 sono configurati per variare il valore di carica percepito in funzione del valore di carica effettivo della stinga di celle 2 tramite l?unit? di regolazione 14.
In altre parole, i mezzi di gestione/controllo 3 sono configurati per variare il valore di tensione ai capi del corpo connettore 5, ossia il valore di carica percepito dal gruppo di ricarica 7, senza influenzare il valore di carica effettivo della stinga di celle 2.
Pi? in dettaglio, i mezzi di gestione/controllo 3 sono configurati per rilevare la carica effettiva della stinga di celle 2 e per calcolare, in funzione di tale valore di carica rilevato, almeno uno tra il valore di corrente e il valore di tensione necessari per ricaricare la stinga di celle 2 al litio in sicurezza.
Inoltre, i mezzi di gestione/controllo 3 sono configurati per calcolare e impostare ai capi del corpo connettore 5 un valore di tensione, ossia il valore di carica percepito dal gruppo di ricarica 7, tale da costringere quest?ultimo ad erogare almeno uno tra il valore di corrente e il valore di tensione calcolati.
Infatti, il gruppo di ricarica 7 ? configurato per erogare almeno una tra una tensione e una corrente di ricarica il cui valore dipende unicamente dal valore di tensione percepito ai capi del corpo connettore 5.
In particolare, i mezzi di gestione/controllo 3 sono configurati per calcolare il valore di tensione da impostare ai capi del corpo connettore 5 in funzione del valore di carica predeterminato.
In altre parole, i mezzi di gestione/controllo 3 influenzano il valore di tensione e di correte di ricarica erogato dal gruppo di ricarica 7 in modo da consentire di ricaricare la stinga di celle 2 al litio in modo controllato senza comprometterne l?integrit?.
Vantaggiosamente, i mezzi di regolazione 9, 14 comprendono almeno un dispositivo interruttore 9 attivabile/disattivabile dai mezzi di gestione/controllo 3 rispettivamente in una configurazione chiusa, in cui chiude il collegamento elettrico tra detto gruppo di ricarica 7 e la stinga di celle 2, ed in una configurazione aperta, in cui apre il collegamento elettrico tra il gruppo di ricarica 7 e la stinga di celle 2.
In particolare, nella configurazione chiusa, il dispositivo interruttore 9 consente la trasmissione della tensione e della corrente di ricarica dal gruppo di ricarica 7 alla stinga di celle 2.
Nella configurazione aperta, invece, il dispositivo interruttore 9 impedisce la trasmissione della tensione e della corrente di ricarica dal gruppo di ricarica 7 alla stinga di celle 2.
In particolare, i mezzi di gestione/controllo 3 sono configurati per confrontare il valore di carica effettivo con un valore di carica di riferimento e per comandare il dispositivo interruttore 9 attivandolo/disattivandolo selettivamente, nella configurazione chiusa o nella configurazione aperta rispettivamente, in funzione dell?esito di tale confronto.
Convenientemente, i mezzi di gestione/controllo 3 sono configurati per mantenere il dispositivo interruttore 9 attivato quando il valore di carica effettivo ? sostanzialmente minore rispetto al valore di carica di riferimento.
Infatti, quando il valore di carica effettivo della stinga di celle 2 ? sostanzialmente minore rispetto al valore di carica di riferimento la tensione e la corrente di ricarica sono trasmesse al gruppo di alimentazione 15, nella fattispecie alla stinga di celle 2, senza interruzione in modo da minimizzare il tempo di ricarica della batteria stessa.
Inoltre, i mezzi di gestione/controllo 3 sono configurati per attivare e disattivare ripetutamente il dispositivo interruttore 9 quando il valore di carica effettivo ? sostanzialmente maggiore rispetto al valore di carica di riferimento.
In particolare, i mezzi di gestione/controllo 3 sono configurati per attivare e disattivare ripetutamente il dispositivo interruttore 9 rispettivamente per un tempo di attivazione ed un tempo di disattivazione predefiniti, eseguendo una modulazione di larghezza d'impulso della corrente di ricarica.
Infatti, l?attivazione e la disattivazione ripetuta del dispositivo interruttore 9 per i rispettivi tempi di attivazione e disattivazione consentono di modulare la larghezza d'impulso della corrente di ricarica.
In altre parole, i mezzi di gestione/controllo 3 sono configurati per comandare il dispositivo interruttore 9 con lo scopo di generare una corrente di ricarica modulata per caricare la stinga di celle 2 a partire dalla corrente di ricarica fornita dal gruppo di ricarica 7.
Vantaggiosamente, i mezzi di gestione/controllo 3 sono configurati per attivare e disattivare ripetutamente il dispositivo interruttore 9 con una frequenza predefinita.
Preferibilmente, il valore di carica di riferimento ? sostanzialmente uguale al valore di carica massima della stinga di celle 2.
Infatti, i mezzi di gestione/controllo 3 sono configurati per modulare la corrente di ricarica erogata dal gruppo di ricarica 7 quando il valore di carica della stinga di celle 2 raggiunge il valore di carica massima.
Riassumendo, i mezzi di gestione/controllo 3 sono configurati per impostare un valore di tensione ai capi del corpo connettore 5, ossia un valore di carica percepito dal gruppo di ricarica, variabile in funzione della carica effettiva della stinga di celle 2 ed in funzione del valore di carica predeterminato. In questo modo, i mezzi di gestione/controllo 3 comandano indirettamente il gruppo di ricarica 7 senza l?impiego di mezzi di comunicazione dedicati.
Questo accorgimento permette di equalizzare la carica di ogni cella della stinga di celle 2.
Convenientemente, il sistema 1 comprende:
- il veicolo industriale 4;
- mezzi di accoppiamento amovibili atti a collegare/scollegare elettricamente il corpo connettore 5 al gruppo di alimentazione 15 per consentire la ricarica di quest?ultimo.
In particolare, il veicolo industriale 4 ? del tipo di un veicolo motorizzato mobile tra una configurazione di ricarica, in cui il corpo connettore 5 e il gruppo di alimentazione 15 sono collegati tra loro tramite i mezzi di accoppiamento 10, 11, ed una configurazione di lavoro, in cui il corpo connettore 5 e gruppo di alimentazione 15 sono scollegati tra loro tramite i mezzi di accoppiamento 10, 11 ed il veicolo industriale 4 ? libero di muoversi.
Preferibilmente, nella configurazione di ricarica il veicolo industriale ? fermo.
Secondo il trovato, i mezzi di accoppiamento 10, 11 comprendono almeno un primo corpo di accoppiamento 10 realizzato sul gruppo di ricarica 7 ed almeno un secondo corpo di accoppiamento 11 realizzato sul gruppo di alimentazione 15 ed accoppiabile amovibilmente al primo corpo di accoppiamento 10 per collegare elettricamente il gruppo di ricarica al gruppo di alimentazione 15.
Preferibilmente, il corpo connettore 5 coincide con il primo corpo di accoppiamento 10.
Convenientemente, il veicolo industriale 4 ? del tipo di un veicolo a guida autonoma provvisto di mezzi di guida autonoma, non mostrati nelle figure, configurati per guidare la movimentazione del veicolo industriale 4 all?interno di un ambiente.
Vantaggiosamente, i mezzi di guida autonoma sono operativamente collegati ai mezzi di gestione/controllo 3.
In questo modo, i mezzi di guida autonoma sono configurati per guidare il veicolo industriale 4 in corrispondenza del punto di ricarica 13 per ricaricare la stinga di celle 2 quando il valore di carica di quest?ultima raggiunge il valore di carica predeterminato.
Si ? in pratica constatato come l?invenzione descritta raggiunga gli scopi proposti.
In particolare, si sottolinea il fatto che i mezzi di gestione/controllo consentono di ricaricare la batteria al litio tramite gruppi di ricarica configurati per ricaricare batterie al piombo senza l?impiego di mezzi di comunicazione tra il gruppo di ricarica e il gruppo di alimentazione.
In altre parole, i mezzi di gestione/controllo consentono il ?retrofit? con batterie al litio di veicoli equipaggiati in origine con batterie al piombo senza la necessit? di sostituire il gruppo di ricarica e con modifiche ridotte agli impianti.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI
1) Sistema (1) di ricarica di batterie al litio di veicoli industriali, comprendente:
- almeno un gruppo di alimentazione (15) al litio montato su un veicolo industriale (4) e provvisto di:
- almeno una stinga di celle (2) al litio configurata per alimentare il veicolo industriale (4);
- mezzi di gestione/controllo (3) operativamente collegati a detta stinga di celle (2) e configurati per gestire/controllare quest?ultima; - almeno un gruppo di ricarica (7) disposto in corrispondenza di un punto di ricarica (13) del veicolo industriale (4), configurato per ricaricare batterie al piombo aventi un range di tensioni di ricarica predefinito, provvisto di un corpo connettore (5) collegato elettricamente, in uso, a detto gruppo di alimentazione (15), e configurato per erogare attraverso detto corpo connettore (5):
- almeno una corrente di ricarica di detta stinga di celle (2) il cui valore dipende dal valore di carica di detta stinga di celle (2) percepito da detto gruppo di ricarica (7);
- almeno una tensione di ricarica di detta stinga di celle (2) il cui valore dipende dal valore di carica di detta stinga di celle (2) percepito da detto gruppo di ricarica (7);
caratterizzato dal fatto che ? sprovvisto di mezzi di comunicazione (8a, 8b) tra detto gruppo di alimentazione (15) e detto gruppo di ricarica (7) configurati per consentire a detto gruppo di alimentazione (15) di controllare detto gruppo di ricarica (7) e dal fatto che detti mezzi di gestione/controllo (3) sono operativamente collegati interposti, in uso, tra detta stinga di celle (2) e detto corpo connettore (5) e sono configurati per regolare il valore di almeno una tra detta corrente e detta tensione di ricarica.
2) Sistema (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto gruppo di alimentazione (15) comprende mezzi di regolazione (9, 14) operativamente collegati a detti mezzi di gestione/controllo (3), interposti, in uso, tra detto corpo connettore (5) e detta stinga di celle (2) e provvisti di almeno un?unit? di regolazione (14) di detto valore percepito da detto gruppo di ricarica (7), detti mezzi di mezzi di gestione/controllo (3) essendo configurati per variare detto valore di carica percepito in funzione del valore di carica effettivo di detta stinga di celle (2) tramite detti mezzi di regolazione (9, 14).
3) Sistema (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di regolazione (9, 14) comprendono almeno un dispositivo interruttore (9) attivabile/disattivabile da detti mezzi di gestione/controllo (3) rispettivamente in una configurazione chiusa, in cui chiude il collegamento elettrico tra detto gruppo di ricarica (7) e detta stinga di celle (2), ed in una configurazione aperta, in cui apre il collegamento elettrico tra detto gruppo di ricarica (7) e detta stinga di celle (2).
4) Sistema (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di gestione/controllo (3) sono configurati per confrontare detto valore di carica effettivo con almeno un valore di carica di riferimento e per comandare detto dispositivo interruttore (9), attivandolo/disattivandolo selettivamente in detta configurazione chiusa o in detta configurazione aperta rispettivamente, in funzione dell?esito di detto confronto.
5) Sistema (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di gestione/controllo (3) sono configurati per attivare e disattivare ripetutamente detto dispositivo interruttore (9) quando detto valore di carica effettivo ? sostanzialmente maggiore rispetto a un valore di carica di riferimento.
6) Sistema (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di gestione/controllo (3) sono configurati per attivare e disattivare ripetutamente detto dispositivo interruttore (9) rispettivamente per un tempo di attivazione ed un tempo di disattivazione predefiniti, eseguendo una modulazione di larghezza d'impulso di detta corrente di ricarica.
7) Sistema (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di gestione/controllo (3) sono configurati per attivare e disattivare ripetutamente detto dispositivo interruttore (9) con una frequenza predefinita.
8) Sistema (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di gestione/controllo (3) sono configurati per mantenere detto dispositivo interruttore (9) disattivato quando detto valore di carica effettivo ? sostanzialmente minore rispetto a un valore di carica riferimento.
9) Sistema (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta stinga di celle (2) ? provvista di una pluralit? di celle di litio collegate elettricamente tra loro in serie e/o in parallelo in funzione di detto range di tensioni predefinito.
10) Sistema (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende:
- detto veicolo industriale (4);
- mezzi di accoppiamento amovibili atti a collegare/scollegare elettricamente detto corpo connettore (5) a detto gruppo di alimentazione (15) per consentire la ricarica di quest?ultimo.
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