IT202100002987A1

IT202100002987A1 - WIND POWER GENERATOR FOR RECHARGING ELECTRIC CAR BATTERIES

Info

Publication number: IT202100002987A1
Application number: IT102021000002987A
Authority: IT
Inventors: Salvatore Roberto Di
Original assignee: Multitrade Srl; Salvatore Roberto Di
Priority date: 2021-02-10
Filing date: 2021-02-10
Publication date: 2022-08-10

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: Description of the industrial invention entitled:

"GENERATORE DI CORRENTE EOLICO PER RICARICA BATTERIE AUTOMOBILI ELETTRICHE" "WIND POWER GENERATOR FOR RECHARGING ELECTRIC CAR BATTERIES"

Campo dell'invenzione Field of invention

La presente invenzione fa riferimento ad un generatore di corrente per ricaricare le batterie di automobili e automezzi elettrici sfruttando la velocit? del vento che si ha durante un comune viaggio a completo impatto 0 sullambiente. The present invention refers to a current generator for recharging the batteries of automobiles and electric vehicles by exploiting the speed? of the wind that occurs during a common journey with complete zero impact on the environment.

Breve cenno alla tecnica nota Brief description of the prior art

L'EOLICO THE WIND

L'energia eolica ha sempre fornito la forza propulsiva alle navi a vela ed ? stata usata per azionare i mulini a vento. L'utilizzo di questo tipo di energia ? caduto successivamente in disuso con la diffusione dell'energia elettrica e con l'estesa disponibilit? a basso costo di motori alimentati da combustibili fossili. Wind energy has always provided the propulsive force to sailing ships and is? been used to operate windmills. The use of this type of energy? subsequently fell into disuse with the diffusion of electricity and with the extended availability? low-cost engines powered by fossil fuels.

Tuttavia la recente attenzione rivolta ai cambiamenti climatici, l'esigenza di incrementare la quota di energia pulita ed i timori di una diminuzione futura della disponibilit? di petrolio hanno promosso un rinnovato interesse per la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili e quindi anche dall'eolico. Questo tipo di energia, in confronto ad altre energie rinnovabili, richiede investimenti inferiori ed utilizza una risorsa naturale generalmente disponibile ovunque e particolarmente fruibile nelle zone temperate, dove si trova la maggior parte delle nazioni industrialmente sviluppate. However, recent attention to climate change, the need to increase the share of clean energy and fears of a future decrease in availability? of oil have promoted a renewed interest in the production of electricity from renewable sources and therefore also from wind power. This type of energy, compared to other renewable energies, requires lower investments and uses a natural resource generally available everywhere and particularly usable in temperate zones, where most of the industrially developed nations are located.

Durante l'ultimo decennio del 20? secolo sono stati costruiti e testati diversi modelli di turbine eoliche: con rotori ad asse verticale e orizzontale, con numero variabile di pale, con il rotore posizionato sopravento o sottovento alla torre, ecc. La turbina ad asse orizzontale con rotore a tre pale sopravento si ? dimostrata la tipologia usualmente pi? idonea e ha avuto di conseguenza un notevole sviluppo, segnato sia da una rapida crescita in dimensione e potenza, sia da un'ampia diffusione. During the last decade of the 20? century various models of wind turbines were built and tested: with vertical and horizontal axis rotors, with variable number of blades, with the rotor positioned upwind or downwind of the tower, etc. The horizontal axis turbine with a three-bladed rotor upwind yes? demonstrated the type usually pi? suitable and has consequently had a remarkable development, marked both by a rapid growth in size and power, and by a wide diffusion.

Questo Quaderno Tecnico intende definire i concetti di base che caratterizzano l'applicazione ed analizzare le problematiche che si incontrano nella realizzazione di un impianto eolico; partendo da una descrizione generale sulle modalit? di sfruttamento dell'energia posseduta dal vento mediante gli impianti eolici, vengono descritte le caratteristiche tecniche di un aerogeneratore nel suo This Technical Paper intends to define the basic concepts that characterize the application and analyze the problems encountered in the construction of a wind power plant; starting from a general description on the modalities? of exploitation of the energy possessed by the wind through wind farms, the technical characteristics of a wind turbine are described in its

insieme ed i metodi di protezione dalle sovracorrenti, dai guasti a terra e dalle sovratensioni al fine di condurre alla scelta appropriata dei dispositivi di manovra e protezione dei diversi componenti dell'impianto. together and the methods of protection against overcurrents, earth faults and overvoltages in order to lead to the appropriate choice of switching and protection devices for the various components of the installation.

In particolare nella prima parte pi? generale vengono descritti il principio di funzionamento degli impianti eolici, la loro tipologia, i principali componenti, i metodi di installazione e le diverse configurazioni. In particular in the first part more? the operating principle of wind power plants, their typology, the main components, the installation methods and the different configurations are described.

Viene inoltre analizzata la produzione energetica di un impianto e come essa possa variare in funzione di determinate grandezze. Nella seconda parte, dopo l'illustrazione delle tecniche di protezione dalle sovracorrenti, dai guasti a terra e dalle sovratensioni, vengono analizzati gli effetti delle turbine eoliche sulla rete elettrica a cui sono allacciate. Infine nella terza parte sono illustrate le soluzioni che ABB mette a disposizione per applicazioni eoliche. The energy production of a plant is also analyzed and how it can vary according to certain quantities. In the second part, after illustrating the techniques for protecting against overcurrents, earth faults and overvoltages, the effects of wind turbines on the electricity grid to which they are connected are analysed. Finally, the third part illustrates the solutions that ABB makes available for wind power applications.

A compendio del Quaderno Tecnico sono inoltre presenti quattro appendici. Nelle prime tre si fa riferimento al contesto italiano ed alle normative, alle delibere ed ai decreti in esso vigenti al momento della stesura. In particolare si analizzano gli incentivi economici e la valorizzazione dell'energia prodotta, si forniscono indicazioni sull'allacciamento alla rete in media ed alta tensione e sulla misura dell'energia e si fornisce un cenno sul dimensionamento di massima dell'impianto di terra in un aerogeneratore collegato alla rete MT. Nell'ultima appendice invece vengono confrontate le turbine a resistenza ed a portanza. Four appendices are also present as a compendium of the Technical Notebook. The first three refer to the Italian context and to the regulations, resolutions and decrees in force therein at the time of writing. In particular, the economic incentives and the valorisation of the energy produced are analysed, indications are provided on the connection to the medium and high voltage network and on energy measurement and a hint is given on the rough sizing of the ground system in a wind generator connected to the MV network. In the last appendix, however, drag and lift turbines are compared.

Il vento come risorsa energetica Per poter sfruttare l'energia eolica, ? molto importante tenere conto delle forti variazioni di velocit? tra localit? diverse: siti distanti tra loro pochi chilometri possono essere soggetti a condizioni di vento nettamente differenti e rivestire un interesse sostanzialmente diverso ai fini dell'installazione di turbine eoliche. La forza del vento cambia su una scala di giorni, di ore o minuti, a seconda delle condizioni meteorologiche. Inoltre la direzione e l'intensit? del vento fluttuano rapidamente intorno al valore medio: si tratta della turbolenza, che costituisce una caratteristica importante del vento, poich? determina fluttuazioni della forza esercitata sulle pale delle turbine, aumentandone cos? l'usura e riducendone la vita media. Su un terreno complesso il livello di turbolenza pu? variare tra il 15% e il 20%, mentre in mare aperto questo valore pu? essere compreso tra il 10% e il 14%. La variabilit? e l'aleatoriet? del vento rappresentano gli svantaggi preponderanti dell'energia elettrica ricavata da fonte eolica. Infatti, finch? la quota di potenza prodotta dall'impianto eolico ? piccola rispetto alle "dimensioni" della rete elettrica cui ? connesso, la variabilit? della produzione eolica non destabilizza la rete stessa e pu? essere considerata come una variazione di domanda per i generatori convenzionali. In alcuni paesi si stanno prendendo in considerazione impianti eolici di grandi dimensioni, prevalentemente gruppi di turbine in alto mare. Tali parchi eolici avranno una potenza di diverse centinaia di MW, equivalente a quella di impianti convenzionali, e dovranno quindi poter prevedere la loro produzione energetica con 24 ore di anticipo; questo perch? il gestore di rete deve poter conoscere in anticipo l'offerta prevedibile dei diversi produttori rispetto alla domanda dei consumatori. Quando si prende in considerazione un sito per l'installazione di una turbina eolica, ? fondamentale valutare l'entit? reale della risorsa eolica. Usualmente si installa quindi nel sito una torre anemometrica per diversi mesi, in modo da monitorare la velocit? e la direzione del vento ed i livelli di turbolenza a quote diverse. I dati registrati consentono la valutazione sia della produzione futura di energia, sia della fattibilit? economica del progetto. The wind as an energy resource In order to exploit wind energy, ? it is very important to take into account the strong variations in speed? between locations different: sites a few kilometers apart may be subject to clearly different wind conditions and have a substantially different interest for the purpose of installing wind turbines. The strength of the wind changes on a scale of days, hours or minutes, depending on the weather conditions. Furthermore, the direction and intensity? fluctuate rapidly around the average value: it is the turbulence, which is an important characteristic of the wind, since? determines fluctuations of the force exerted on the blades of the turbines, thus increasing? wear and reducing its average life. On complex terrain, the level of turbulence can vary between 15% and 20%, while in the open sea this value pu? be between 10% and 14%. The variability? and the randomness? of the wind represent the preponderant disadvantages of electricity obtained from wind sources. In fact, until? the share of power produced by the wind farm? small compared to the "dimensions" of the electricity network which ? connected, the variability? of wind production does not destabilize the network itself and pu? be considered as a change in demand for conventional generators. In some countries, large wind farms are being considered, mainly offshore turbine clusters. These wind farms will have a power of several hundred MW, equivalent to that of conventional plants, and will therefore have to be able to predict their energy production 24 hours in advance; this why? the network operator must be able to know in advance the foreseeable supply of the various producers with respect to consumer demand. When considering a site for installing a wind turbine, ? fundamental to evaluate the entity? reality of the wind resource. An anemometric tower is therefore usually installed on the site for several months, in order to monitor the speed? and wind direction and turbulence levels at different elevations. The recorded data allow for the assessment of both future energy production and the feasibility of economics of the project.

SISTEMA EOLICO WIND ENERGY APPLICATO A MEZZI CON WIND ENERGY WIND SYSTEM APPLIED TO VEHICLES WITH

TRAZIONE ELETTRICA ELECTRIC TRACTION

DESCRIZIONE DESCRIPTION

FONDAMENTO DELL'INVENZIONE FOUNDATION OF THE INVENTION

Descrizione della tecnica correlata Description of the related art

Attualmente quando si viaggia in una macchina elettrica sfruttiamo il vento, creato dal nostro moto per la sola aerodinamica (figura 1), e se sfruttassimo il vento anche per ricaricare le batterie delle nostre automobili elettriche con il sistema WIND ENERGY? Currently, when we travel in an electric car we exploit the wind, created by our motion only for aerodynamics (figure 1), and what if we also exploit the wind to recharge the batteries of our electric cars with the WIND ENERGY system?

La nostra invenzione parte dalla griglia frontale presente nella parte bassa del cofano della macchina (figura 2) dove vengono posizionate n. 2 "PRESE D'ARIA DEL CONVOGLIATORE" (1) della grandezza di 200/230 mm di diametro con ventilatore ad alta pressione in aspirazione verso l'interno. Our invention starts from the front grille in the lower part of the hood of the machine (figure 2) where n. 2 "CONVEYOR AIR INLETS" (1) of the size of 200/230 mm in diameter with high pressure fan in suction towards the inside.

Durante il movimento del veicolo il vento entrer? all'interno del Convogliatore il quale, grazie ad una ventola da 24 volt posta all'inizio di esso, intensificher? la sua forza facendo girare la VENTOLA (2) AD ALTA PRESSIONE posta davanti ad un ALTERNATORE EOLICO (3) DA 48 VOLT IN DC CON 4000 WATT DI POTENZA MASSIMA che trasformer? l'energia Eolica in energia elettrica per la ricarica delle batterie elettriche, adeguatamente trasformata con INVERTER 220 VOLT e immessa come corrente di ricarica esempio riassunto nella figura 3. During the movement of the vehicle the wind will enter? inside the Conveyor which, thanks to a 24 volt fan placed at the beginning of it, will intensify? its strength by turning the FAN (2) HIGH PRESSURE placed in front of a WIND ALTERNATOR (3) FROM 48 VOLTS IN DC WITH 4000 WATTS OF MAXIMUM POWER that will transform? Wind energy into electricity for recharging the electric batteries, suitably transformed with a 220 VOLT INVERTER and introduced as a recharging current example summarized in figure 3.

Per controllare il flusso del vento in ingresso, nella parte superiore del CONVOGLIATORE ARIA (4) viene installato un CONTROLLO FLUSSO ARIA AUTOMATICO (5) che aziona le pale delle ventole ad assetto variabile, le suddette, entreranno in funzione con una velocit? da 0 a 45 km/h ed anche in fase di parcheggio spingeranno l'aria contro l'ALTERNATORE EOLICO e produrr? corrente in forma ridotta, pertanto produrremo energia elettrica anche durante la notte o in parcheggio con circa 800 watt. To control the flow of the incoming wind, an AUTOMATIC AIR FLOW CONTROL (5) is installed in the upper part of the AIR CONVEYOR (4) which activates the blades of the variable trim fans, the aforementioned ones, which will come into operation with a speed? from 0 to 45 km/h and also in the parking phase will push the air against the WIND ALTERNATOR and produce? current in reduced form, so we will also produce electricity during the night or in the parking lot with about 800 watts.

Il CONTROLLER ELETTRICO (6) ? una scheda elettronica capace di raccogliere informazioni circa la potenza ed i giri dell'ALTERNATORE EOLICO (figura 3). The ELECTRIC CONTROLLER (6) ? an electronic card capable of collecting information about the power and revolutions of the WIND ALTERNATOR (figure 3).

L'ALTERNATORE EOLICO ? chiuso all'interno di un CARTER per un ulteriore sicurezza (7). THE WIND ALTERNATOR ? closed inside a CARTER for further safety (7).

I cavi in uscita sul retro del Generatore di corrente eolico sono collegati 2 al CONTROLLER ELETTRICO (figura 3) e 2 all'INVERTER agganciato al circuito per la Batteria (figura 3 e 4). The outgoing cables at the back of the Wind Power Generator are connected 2 to the ELECTRIC CONTROLLER (figure 3) and 2 to the INVERTER coupled to the circuit for the Battery (figure 3 and 4).

Nella figura 4 ? rappresentato il CIRCUITO ELETTRICO DELLA BATTERIA con annesso INVERTER del generatore, si pu? notare che lo stesso produce una potenza di 48 volt poi trasformate in 220 volt e collegate al circuito per la ricarica della batteria. In figure 4 ? represented the ELECTRIC CIRCUIT OF THE BATTERY with attached INVERTER of the generator, you can? note that the same produces a power of 48 volts which are then transformed into 220 volts and connected to the circuit for recharging the battery.

Quindi avremo: So we will have:

- GRUPPO DI PRODUZIONE: 48 VOLT - PRODUCTION GROUP: 48 VOLTS

- USCITA: 48 VOLT - INVERTER - 220 VOLT (figura 3). - OUTPUT: 48 VOLTS - INVERTER - 220 VOLTS (figure 3).

Esempio di Realizzazione: Example of Realization:

1. fase: installazione delle prese d'aria del convogliatore, installazione dell'alternatore dinamo con ventola, collegamento al controller elettrico e inverter. 1st stage: installation of the air intakes of the conveyor, installation of the dynamo alternator with fan, connection to the electric controller and inverter.

2. fase: collegamento con le batterie. 2nd phase: connection with the batteries.

3. fase: messa su strada. 3rd phase: putting on the road.

Possiamo gi? notare che ad una velocit? di 50 Km/h il vento che entra nel convogliatore ha una velocit? di 11,3 m/s con un Beaufort di 6? produrr? watt, capaci di aumentare l'autonomia della batteria. Can we already? note that at a speed? of 50 Km/h the wind that enters the conveyor has a speed? of 11.3 m/s with a Beaufort of 6? will produce watts, capable of increasing battery life.

La Curva Reale - legge di Betz qui di seguito indicata, con una velocit? del vento di 10 m/s abbiamo una potenza di 8,5 kW di resa netta. The Real Curve - Betz's law indicated below, with a speed? of the wind of 10 m/s we have a power of 8.5 kW of net yield.

La tabella di seguito riportata mette in comparazione la velocit? della macchina con la velocit? del vento: The table below compares the speed? of the machine with the speed? of the wind:

Potenze: Powers:

- Ventilatore ad alta pressione consumo 12 volt - High pressure fan 12 volt consumption

- Alternatore eolico potenza massima 4000 watt - Wind alternator maximum power 4000 watts

- Alternatore eolico potenza minima 800 watt - Wind alternator minimum power 800 watts

Campo di applicazione e resa Field of application and yield

Il sistema WIND ENERGY pu? essere applicato a tutti i veicoli a trazione elettrica ed ibridi: The WIND ENERGY system can be applied to all electric and hybrid traction vehicles:

- Biciclette Elettriche - Electric Bicycles

- Motocicli - Motorcycles

- Autovetture - Cars

- Mezzi Pesanti - Heavy Vehicles

Ognuno di loro avr? una resa differente, un solo impianto rende circa 3,5 KW/AMP mentre, qualora ci sia la possibilit? e la necessit? di due impianti, la copertura di ricarica pu? arrivare a 8 KW/AMP cos? da coprire integralmente il fabbisogno di Energia; per gli automezzi di maggior potenza il sistema coprir? una maggiore percentuale di consumo. Each of them will have a different yield, a single plant makes about 3.5 KW/AMP while, if there is the possibility? and the need? of two systems, the coverage of recharge pu? get to 8 KW/AMP cos? to fully cover the energy requirement; for vehicles of greater power, the system will cover? a higher percentage of consumption.

Il sistema WIND ENERGY ? applicabile anche in abitazioni con un diametro da 600/800 mm. The WIND ENERGY system? also applicable in houses with a diameter of 600/800 mm.

Vantaggi Advantages

I vantaggi del sistema WiND ENERGY sono diversi: The advantages of the WiND ENERGY system are several:

- Minor consumo di energia da ricaricare; - Less energy consumption to recharge;

- Minor usura delle batterie in quanto scaricano meno la loro portata; - Maggiore autonomia dell'automezzo. - Less wear of the batteries as they discharge their range less; - Increased vehicle autonomy.

Caratteristiche di sicurezza Security features

Tutta la componentistica ? omologata ed a Marchio CE All the components? approved and CE marked

- Rotore di Produzione - Production Rotor

- Ventola - Fan

- Impianto Elettrico - Electrical system

- Inverter 48/220 - 48/220 inverters

- Cavi elettrici ignifughi - Fireproof electric cables

- Controller scheda elettronica. - Electronic board controller.

La presente invenzione ? stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione, ma ? da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate da esperti nel ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate. The present invention ? been described for illustrative, but non-limiting purposes, according to preferred embodiments thereof, but ? it should be understood that variations and/or modifications may be made by experts in the art without thereby departing from the relative scope of protection, as defined by the attached claims.

Claims

CLAIMS Claims of the industrial invention entitled: "WIND POWER GENERATOR FOR RECHARGING ELECTRIC CAR BATTERIES"

1. Document for legal protection, exclusivity is claimed for the device: "Wind Energy Wind System applied to vehicles with electric traction" including:

- Air Intakes for Conveyor (1);

- High pressure fans (2);

- 48 volt DC wind alternator with 4000 watts of maximum power (3);

- Air conveyor (4);

- Automatic air flow control (5);

- Electronic controller (6);

- Carter (7);

and characterized in that the energy produced by the wind with the vehicle in motion activates the high pressure fans, which connected to the wind alternator produce current which feeds and accumulates recharge for the lithium batteries present in the means of transport.

2. Wind Energy Wind system applied to vehicles with electric traction, according to claim 1, characterized in that the new system has an application in the front part of the mask with one or two air intakes.

3. Wind Energy wind system applied to vehicles with electric traction, according to claims 1 and 2, characterized in that the new system has the application of one or two high-pressure fans to make the most of the force of the incoming wind.

4. Wind Energy wind system applied to vehicles with electric traction, according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the new system has a 48 volt DC wind alternator with 4000 watts of maximum power.

5. Wind Energy system applied to vehicles with electric traction, according to claim 1, 2, 3 and 4, characterized in that the new system has an air conveyor to increase the force of the incoming wind.

6. Wind Energy Wind system applied to vehicles with electric traction, according to claim 1, 2, 3, 4 and 5, characterized in that the new system has an automatic air flow control for regulating the incoming air.

7. Wind Energy Wind system applied to vehicles with electric traction, according to claim 1, 2, 3, 4, 5 and 6, characterized in that the new system has an electronic controller capable of interacting and communicating with the control unit for regulating the air and energy production.

8. Wind Energy Wind system applied to vehicles with electric traction, according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 and 7, characterized in that the new system has a protective carter for personal safety.