IT202100003269A1 - Sistema per riscaldare una batteria o un pacco batterie, in particolare per impiego in veicoli elettrici - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

?SISTEMA PER RISCALDARE UNA BATTERIA O UN PACCO

BATTERIE, IN PARTICOLARE PER IMPIEGO IN VEICOLI ELETTRICI?

La presente invenzione ha per oggetto un sistema per riscaldare una batteria o un pacco batterie, in particolare per impiego in veicoli elettrici. Il settore di riferimento ? quello delle batterie per trazione impiegate in veicoli elettrici.

Ad esempio, l?invenzione ? impiegabile in veicoli elettrici o ad alto tasso di elettrificazione, quali imbarcazioni, aerei, autoveicoli, motoveicoli, veicoli off-road, macchine operatrici, ecc.

Tra le varie batterie impiegate nei veicoli, quelle a ioni di litio sono le pi? diffuse in quanto caratterizzate da alta potenza, alta densit? di energia, elevata efficienza, lunga durata, scarso effetto memoria e bassa autoscarica.

Le prestazioni delle batterie per trazione degradano significativamente a basse temperature, in particolare sotto lo zero, in quanto si riduce la velocit? di reazione elettrochimica.

Inoltre, a tali temperature si assiste al deposito di litio sulla superficie dell?anodo durante la fase di carica della batteria, con conseguente perdita di capacit? e rischio di cortocircuito interno.

Ci? ha un impatto diretto sull?avviamento a freddo del veicolo, sulla sicurezza, guidabilit? e affidabilit? dei veicoli. Si tratta di problematiche che diventano particolarmente gravi nelle aree geografiche caratterizzate da climi rigidi e temperature molto basse.

Nei veicoli ibridi ? prassi comune riscaldare le batterie mediante il motore endotermico; tale modalit? non ? disponibile invece nei veicoli elettrici. Per veicoli puramente elettrici esistono diverse strategie di riscaldamento o pre-riscaldamento delle batterie, le quali sono descritte ampiamente nell?articolo scientifico di Xiaosong Hu, Yusheng Zheng, David A. Howey, Hector Perez, Aoife Foley, Michael Pecht, ?Battery warm-up methodologies at subzero temperatures for automotive applications: Recent advances and perspectives?, Progress in Energy and Combustion Science, Volume 77, 2020, 100806, ISSN 0360-1285, reperibile al link https://doi.org/10.1016/j.pecs.2019.100806.

Al di l? della molteplicit? di strategie note, a livello operazionale sono due gli approcci impiegati.

Un primo approccio ? basato sul calore proveniente da una sorgente esterna che trasferisce calore ad un mezzo intermedio (solido o fluido), il quale a sua volta lo trasferisce alle batterie.

Un secondo approccio prevede di applicare corrente alla batteria che, per effetto della sua resistenza intrinseca, genera calore e si riscalda.

Tuttavia, ciascun approccio presenta vantaggi ma anche limiti.

Nel primo approccio (sorgente esterna), una criticit? potrebbe essere legata all?efficienza di trasferimento del calore dall?esterno alla batteria e alle perdite di calore.

Nel secondo approccio, si ha un maggior rischio di usura della batteria. L?attenzione ? qui focalizzata sul primo approccio, in particolare su una strategia di riscaldamento basata sull?impiego di un liquido come mezzo intermedio di trasferimento del calore.

Una delle configurazioni note pi? efficienti di riscaldamento con liquido ? basata sull?impiego di tubi immersi nel liquido ed aventi una estremit? vincolata alle batterie. Riscaldando il liquido mediante un riscaldatore resistivo PTC (acronimo dell?inglese ?Positive Temperature Coefficient?), il calore viene trasferito al liquido che a sua volta lo trasferisce alle batterie. Si tratta di una soluzione di riscaldamento veloce ed efficiente.

Tuttavia, tale soluzione richiede un componente dedicato, il riscaldatore resistivo PTC, che viene usato per una ridotta frazione di vita del sistema, incidendo per? su ingombri e peso complessivi.

Inoltre, a fine vita del veicolo, il riscaldatore resistivo PTC rappresenta un ulteriore componente da smaltire e/o riciclare.

Dal brevetto italiano n. 102017000122136 sono inoltre noti un metodo ed un circuito per pilotare un mezzo ponte attivo comprendente due transistori, mediante la forzatura di uno dei due ad assumere una configurazione di generatore di corrente controllato mentre l?altro transistore resta acceso.

In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione ? proporre un sistema per riscaldare una batteria o un pacco batterie, in particolare per impiego in veicoli elettrici, che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.

In particolare, scopo della presente invenzione ? proporre un sistema per riscaldare una batteria o un pacco batterie che sia pi? compatto e leggero delle soluzioni note.

Altro scopo della presente invenzione ? proporre un sistema per riscaldare una batteria o un pacco batterie che abbia un impatto ambientale ridotto rispetto alle soluzioni note.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un sistema per riscaldare una batteria o un pacco batterie, in particolare per impiego in veicoli elettrici, comprendente:

? un circuito chiuso comprendente uno o pi? condotti per il passaggio di un fluido;

? un primo scambiatore di calore fluido-solido disposto lungo il circuito chiuso, il primo scambiatore di calore essendo posizionabile in prossimit? della batteria;

? una pompa associata al circuito chiuso e configurata per far circolare il fluido nel circuito chiuso;

? almeno un convertitore elettronico di potenza;

? un secondo scambiatore di calore fluido-solido disposto lungo il circuito chiuso e configurato per scambiare calore tra il fluido e il convertitore elettronico di potenza, il convertitore elettronico di potenza essendo basato su una topologia a mezzo ponte comprendente un primo dispositivo ed un secondo dispositivo;

? una unit? di pilotaggio dei dispositivi del mezzo ponte, l?unit? di pilotaggio essendo configurata per pilotare i dispositivi secondo uno schema di modulazione periodico per cui in un periodo l?unit? di pilotaggio ? configurata per:

? imporre ad uno dei dispositivi una configurazione accesa per una frazione di periodo;

? forzare l?altro dispositivo in una configurazione di generatore di corrente controllato mediante un impulso di accensione per un intervallo temporale superiore ad una costante di tempo. In accordo con un aspetto dell?invenzione, l?unit? di pilotaggio ? configurata per regolare la durata dell?intervallo temporale a partire dal calcolo o dalla previsione della potenza media Pavg dissipata nel periodo. In accordo con un aspetto dell?invenzione, l?unit? di pilotaggio ? configurata per regolare l?ampiezza dell?impulso di accensione in modo tale da variare la corrente circolante nel dispositivo che si trova nella configurazione di generatore di corrente controllato.

Preferibilmente, l?unit? di pilotaggio ? configurata per regolare l?ampiezza dell?impulso di accensione in funzione di un segnale di controllo.

In particolare, il segnale di controllo ? un segnale modulato digitale oppure analogico.

In accordo con un aspetto dell?invenzione, l?unit? di pilotaggio ? configurata per:

? misurare un valore di corrente circolante nel dispositivo che si trova nella configurazione di generatore di corrente controllato;

? ricavare un valore di temperatura in funzione del valore di corrente misurato.

In accordo con un aspetto dell?invenzione, l?unit? di pilotaggio comprende un circuito di pilotaggio per ciascuno dei due dispositivi. Il circuito di pilotaggio comprende:

? una prima porta logica tri-state avente un ingresso configurato per ricevere un segnale di ingresso, un ulteriore ingresso configurato per ricevere un primo segnale di abilitazione ed una uscita;

? una seconda porta logica tri-state avente un ingresso configurato per ricevere il segnale di ingresso, un ulteriore ingresso configurato per ricevere un secondo segnale di abilitazione complementare a detto primo segnale di abilitazione in modo tale che ad ogni periodo solo una di dette porte logiche tri-state si trovi in condizione di alta impedenza, e una uscita,

in cui la prima porta logica tri-state ? alimentata da una prima tensione di alimentazione fissa e detta seconda porta logica tri-state ? alimentata da una seconda tensione di alimentazione variabile in funzione di un segnale di controllo.

Ad esempio, il circuito di pilotaggio comprende inoltre un convertitore LDO che, in risposta al segnale di controllo ? configurato per ridurre l?ampiezza della prima tensione di alimentazione e fornire in uscita la seconda tensione di alimentazione.

Preferibilmente, il sistema comprende inoltre un radiatore provvisto di una ventola. Il radiatore ? essendo disposto lungo il circuito chiuso.

Preferibilmente, il sistema comprende anche:

- mezzi per rilevare la temperatura della batteria;

- una unit? di regolazione della temperatura della batteria, l?unit? di regolazione della temperatura essendo configurata per ricevere segnali rilevati da detti mezzi per rilevare la temperatura e per applicare un algoritmo di controllo ad una o pi? delle seguenti grandezze fisiche: velocit? della pompa, velocit? della ventola, efficienza del convertitore elettronico di potenza.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un sistema per riscaldare una batteria o un pacco batterie, in particolare per impiego in veicoli elettrici, come illustrato negli uniti disegni in cui:

? la figura 1 illustra un sistema per riscaldare una batteria o un pacco batterie, in particolare per impiego in veicoli elettrici, secondo la presente invenzione, in vista schematica;

? la figura 2 illustra la rappresentazione circuitale di un mezzo ponte; ? la figura 3 illustra la rappresentazione circuitale di un ponte ad H;

? la figura 4 illustra schematicamente una parte del sistema (circuito di pilotaggio di un dispositivo del mezzo ponte di figura 2), in accordo con una forma realizzativa;

? la figura 5 illustra schematicamente una parte del sistema (unit? di pilotaggio dei dispositivi di un mezzo ponte di figura 2), in accordo con una forma realizzativa;

? la figura 6 illustra un convertitore LDO impiegato per generare la seconda tensione di alimentazione V2 di figura 4;

? la figura 7 illustra le forme d?onda di segnali del circuito di pilotaggio di figura 4;

? la figura 8 illustra schematicamente i circuiti di pilotaggio dei transistori del mezzo ponte di figura 2;

? la figura 9 illustra l?andamento periodico dei segnali di comando dei circuiti di pilotaggio di figura 8, in accordo con una forma realizzativa; ? la figura 10 illustra la forma d?onda di una tensione con un impulso di accensione impiegato nel circuito di pilotaggio di figura 4.

Con riferimento alle figure, con il numero 100 ? stato indicato un sistema per riscaldare una batteria 50 o un pacco batterie.

In questo contesto, con il termine ?pacco batterie? si intende una unit? integrata comprendente una pluralit? di celle impaccate insieme, con relativi connettori di raccordo ed un circuito elettronico di controllo.

Ad esempio, la batteria oppure le celle del pacco batteria possono essere scelte tra le seguenti tipologie: ioni di litio, sodio-zolfo, nichel-cadmio, litiopolimero, nichel-metallo-idruro.

Nel seguito per semplicit? si user? il termine batteria. Tuttavia, le considerazioni esposte si applicano per analogia anche ad un pacco batteria.

Il sistema 100 comprende un circuito chiuso 102 comprendente uno o pi? condotti per il passaggio di un fluido.

In accordo con una forma realizzativa preferita, il fluido ? acqua.

Altri esempi di fluidi impiegabili sono: olio, acetone, composti glicolici, soluzioni a base di acqua e composti glicolici.

Il sistema 100 comprende almeno un primo scambiatore di calore 101 fluido-solido disposto lungo il circuito chiuso 102.

In accordo con una forma realizzativa, il primo scambiatore di calore 101 comprende corpo solido all?interno del quale ? ricavato un passaggio per il fluido.

Ad esempio, tale corpo solido ? realizzato in alluminio e il percorso del fluido al suo interno segue un andamento a serpentina. In gergo tecnico, un siffatto scambiatore di calore viene comunemente chiamato ?piastra?. Il sistema 100 comprende anche una pompa 104 associata al circuito chiuso 102 ed operativamente attiva sul fluido per farlo circolare.

Ad esempio, la pompa 104 ? di tipo centrifugo a portata variabile.

La batteria 50 viene riscaldata mediante il primo scambiatore di calore 101. In particolare, tale primo scambiatore di calore 101 ? posizionabile in prossimit? della batteria 50, ad esempio a contatto con essa.

In accordo con una forma realizzativa, il sistema 100 comprende una pluralit? di piastre disposte in modo tale da riscaldare diverse celle di un pacco batteria 50.

Il sistema 100 comprende almeno un convertitore elettronico di potenza 1. A bordo di un veicolo elettrico ? presente almeno un convertitore elettronico di potenza, ad esempio un inverter che pilota il motore, oppure un convertitore DC/DC ad alta tensione o un DC/DC per carichi ausiliari a bassa tensione.

Preferibilmente, a bordo sono presenti pi? convertitori elettronici di potenza.

Il convertitore elettronico di potenza 1 ? disposto in modo tale da scambiare calore con il fluido circolante nel circuito chiuso 102.

Il sistema 100 comprende un secondo scambiatore di calore 103 fluidosolido disposto lungo il circuito chiuso 102 e configurato per scambiare calore tra il fluido e il convertitore elettronico di potenza 1.

Preferibilmente, il secondo scambiatore di calore 103 ? a contatto con il convertitore elettronico di potenza 1.

Ad esempio, il convertitore elettronico di potenza 1 ? installato sul secondo scambiatore di calore 103. Quest?ultimo pu? essere una piastra come il primo scambiatore di calore 101.

Il convertitore elettronico di potenza 1 ha una topologia basata su un mezzo ponte comprendente un primo dispositivo 2 ed un secondo dispositivo 3. La struttura circuitale di un mezzo ponte ? illustrata in figura 2.

Come ? noto, il mezzo ponte rappresenta un modulo elettronico di base impiegabile in un ponte ad H, il quale ? formato da due mezzi ponti atti a pilotare un carico, ad esempio una induttanza o un qualsiasi altro carico. Ciascun mezzo ponte rappresenta un ramo o gamba del ponte ad H (illustrato ad esempio in figura 3).

I due dispositivi 2, 3 del mezzo ponte sono disposti uno sopra l?altro.

Uno dei due dispositivi 2, collegato a massa, ? spesso indicato come ?inferiore?, mentre l?altro dispositivo 3 ? indicato come ?superiore?.

Vantaggiosamente, il pilotaggio dei due dispositivi 2, 3 del mezzo ponte avviene mediante segnali che rispondono ad uno schema di modulazione periodico configurato in modo tale che in ogni periodo T uno dei dispositivi 2, 3 assuma una configurazione accesa per una frazione di periodo tON. Il pilotaggio ? effettuato da una unit? di pilotaggio 30 del sistema 100.

Il rapporto tra la frazione di periodo tON in cui il dispositivo ? acceso e il periodo T stesso ? noto come ?duty cycle?, di seguito indicato come d ed espresso dalla formula: d = tON / T.

? noto che i dispositivi di un mezzo ponte non possano condurre simultaneamente, ovvero non possano trovarsi entrambi in configurazione accesa. Qualora ci? accadesse si avrebbe il cosiddetto ?corto di gamba? (noto in inglese come ?shoot-through?) che, con circolazione di una corrente elevata tra alimentazione e massa, potrebbe distruggere i dispositivi.

Per evitare tale problema, si fa in modo di spegnere il dispositivo acceso prima di accendere l?altro (quello spento). Ci? significa che esister? un transitorio di durata limitata in cui entrambi i dispositivi saranno spenti. Ad esempio, si pu? forzare il secondo dispositivo 3 in una configurazione di generatore di corrente controllato mediante un impulso di accensione PulseCST per un intervallo temporale tst superiore ad una costante di tempo ? del secondo dispositivo 3. Contemporaneamente, il primo dispositivo 2 viene invece mantenuto nella configurazione accesa per tutta la frazione di periodo tON = d * T.

In tal modo, si ottiene una condizione di cortocircuito controllato imposta dall?impulso di accensione PulseCST la cui durata tst pu? essere regolata per tenere sotto controllo la potenza media dissipata Pavg sul periodo T dal secondo dispositivo 3.

La metodologia di controllo qui adottata ? quella descritta nel brevetto italiano n.102017000122136.

La fase di regolazione della durata dell?intervallo temporale tst si basa sul calcolo o sulla previsione della potenza media Pavg dissipata nel periodo T. Il limite inferiore della durata tst ? dettato dalla costante di tempo ? del secondo dispositivo 3, la quale ? il reciproco della pulsazione di taglio che lo caratterizza.

Preferibilmente, l?intervallo temporale tst durante il quale secondo dispositivo 3 ? forzato nella configurazione di generatore di corrente controllato ? superiore a quattro volte la costante di tempo ? del dispositivo.

Indicando con VDC la tensione della sorgente di alimentazione DC e Ist la corrente circolante nel secondo dispositivo 3 durante l?evento di shootthrough controllato, la potenza media dissipata nel periodo Pavg dal secondo dispositivo 3 ? calcolata come:

Pavg = VDC Ist tst/T.

Da tale formula si vede quindi che la durata della condizione di cortocircuito controllato (cio? tst) ? regolabile in funzione della potenza media dissipata nel periodo Pavg.

La regolazione della durata pu? avvenire ad esempio mediante:

- previsione della potenza media dissipata Pavg nel periodo (T) dal secondo dispositivo 3 a partire da una modellizzazione matematica di quest?ultimo (secondo metodi predittivi noti);

- calcolare la durata dell?intervallo temporale (tst) a partire dalla formula sopra riportata, cio?:

Pavg = VDC Ist tst/T.

In alternativa, ? possibile regolare la durata stimando indirettamente ma in tempo reale la potenza dissipata e la temperatura di giunzione. Ci? avviene secondo metodi noti, attraverso opportuni sensori di corrente e sensori di tensione di accensione.

Se la durata tst ? maggiore della costante di tempo ? ma inferiore a 4? il legame tra potenza media dissipata nel periodo Pavg e tale durata ? non lineare ma consente comunque di attuare una regolazione, seppur in maniera pi? complicata.

In accordo con una forma realizzativa, i due dispositivi 2, 3 del mezzo ponte sono entrambi transistori.

In accordo con un?altra forma realizzativa, uno dei dispositivi ? ad esempio quello inferiore, indicato con il 2 ? ? un transistore oppure un diodo, mentre l?altro dispositivo ? quello superiore, indicato con il 3 ? ? un transistore.

In accordo con una ulteriore forma realizzativa, oltre alla regolazione dell?intervallo temporale tst, viene regolata l?ampiezza dell?impulso di accensione PulseCST, come sar? spiegato meglio nel seguito.

Nella formula di Pavg sopra riportata vi sono due grandezze che possono essere variate:

- la durata della condizione di cortocircuito controllato, cio? tst;

- la corrente circolante nel secondo dispositivo 3, cio? Ist.

Avere due gradi di libert? consente di aumentare ulteriormente il controllo granulare della potenza dissipata dal secondo dispositivo.

Infatti, la regolazione della durata (cio? tst) ha un limite inferiore dettato dalla costante di tempo ? del secondo dispositivo 3. Tale limite pu? essere compensato variando la corrente Ist. In tal modo, si va ad ampliare l?intervallo di potenza media Pavg dissipabile dal secondo dispositivo 3. Inoltre, la regolazione della durata ha anche un limite superiore, legato al massimo duty-cycle normale che si vuole garantire.

In accordo con un aspetto dell?invenzione, ? prevista una fase di misura di un valore di corrente circolante nel secondo dispositivo 3 quando si trova nella configurazione di generatore di corrente controllato.

Dal valore di corrente cos? misurato viene ricavato un valore di temperatura corrispondente per il secondo dispositivo 3.

Per ricavare la temperatura dalla corrente di shoot-through ? necessario effettuare prima di tutto una caratterizzazione termica del secondo dispositivo 3 in modo tale da stabilire una relazione tra la corrente circolante nel secondo dispositivo 3 e la temperatura.

In accordo con un aspetto dell?invenzione, la caratterizzazione termica viene eseguita tramite la tecnica di calibrazione descritta nell?articolo scientifico di A. Soldati, R. Menozzi, C. Concari, ?In-Circuit Shoot-through-Based Characterization of SiC MOSFET TSEP Curves for Junction Temperature Estimation?, ECCE 2020, October 2020.

? comunque possibile anche utilizzare altre tecniche di calibrazione.

In tal modo, la corrente di shoot-through viene impiegata come variabile TSEP per la misura indiretta della temperatura del secondo dispositivo 3. In accordo con un aspetto dell?invenzione, la misura della corrente viene effettuata campionando la corrente di shoot-through preferibilmente intorno al centro dell?impulso di accensione PulseCST, come si vede nella figura 10.

Infatti, sebbene l?impulso di accensione PulseCST sia raffigurato come idealmente rettangolare, esso presenta un transitorio esponenziale del 1? ordine o del 2? ordine (se sono presenti parassiti), per cui collocandosi a met? della durata dell?impulso si ha la certezza di campionare dopo che il transitorio di salita si ? gi? concluso.

Campionando il valore della corrente a met? dell?impulso di accensione PulseCST e ricercandone il valore sulla curva caratteristica TSEP precedentemente costruita, si ottiene il valore di temperatura corrispondente. Si possono impiegare svariati algoritmi di interpolazione di tipo noto per trovare la corrente sulla curva caratteristica TSEP, quali osservatori, filtri di Kalman, ecc.

In accordo con un aspetto dell?invenzione, la misura della corrente viene effettuata mediante pi? campionamenti durante l?impulso di accensione PulseCST, sia in tempo reale che in tempo equivalente.

Per semplicit? si ? descritto il primo dispositivo 2 in configurazione accesa e il secondo dispositivo 3 in configurazione di generatore di corrente controllato. Ovviamente, le configurazioni possono essere scambiate tra i due dispositivi 2, 3.

L?unit? di pilotaggio 30 comprende due circuiti di pilotaggio 10, uno per ogni dispositivo 2, 3,

In accordo con una forma realizzativa, illustrata in figura 4, ciascun circuito di pilotaggio 10 comprende:

- una prima porta logica tri-state 11 avente un ingresso I11 configurato per ricevere un segnale di ingresso S1, un ulteriore ingresso E11 configurato per ricevere un primo segnale di abilitazione SE11 ed una uscita U11;

- una seconda porta logica tri-state 12 avente un ingresso I12 configurato per ricevere il segnale di ingresso S1, un ulteriore ingresso E12 configurato per ricevere un secondo segnale di abilitazione SE12 ed una uscita U12.

La prima porta logica tri-state 11 ? alimentata da una prima tensione di alimentazione V1 fissa, mentre la seconda porta logica tri-state 12 ? alimentata da una seconda tensione di alimentazione V2 variabile in funzione di un segnale di controllo VST.

Gli ingressi I11, I12 delle due porte logiche tri-state 11, 12 sono configurati per ricevere il medesimo segnale di ingresso S1.

Il primo segnale di abilitazione SE11 e il secondo segnale di abilitazione SE12 sono complementari in modo tale che ad ogni periodo T solo una delle due porte logiche tri-state 11, 12 si trovi in condizione di alta impedenza.

Per ottenere segnali complementari ? possibile generarne uno solo, ad esempio il primo segnale di abilitazione SE11, e ottenere il suo complementare mediante un inverter gate (non illustrato).

Come ? noto, l?uscita di una porta logica tri-state, oltre ai due livelli logici presenti in logica binaria (?0? ? ?1? o ?basso? ? ?alto?), pu? assumere anche uno stato di alta impedenza. Lo stato della porta logica tri-state ? determinato dal relativo segnale di abilitazione.

Ad esempio, le due porte logiche tri-state 11, 12 sono preferibilmente buffer tri-state per cui nello stato di alta impedenza si comportano come interruttori aperti.

Indicando con I l?ingresso, con E il segnale di abilitazione e con U l?uscita di un buffer tri-state, la tabella della verit? ? la seguente:

Si comprende quindi che, quando il segnale di abilitazione E = ?0? (o basso), l?uscita U della porta logica tri-state va in alta impedenza indipendentemente dal valore presente sull?ingresso I, quindi la porta ? assimilabile ad un interruttore aperto.

Quando il segnale di abilitazione E = ?1? (o alto), l?uscita U assume valore pari all?ingresso I, pertanto la porta ? assimilabile ad un interruttore chiuso. Le porte logiche tri-state 11, 12 possono avere guadagno unitario oppure svolgere la funzione di amplificazione.

Per quanto riguarda la regolazione della durata tst dell?impulso di accensione, essa pu? avvenire ad esempio mediante:

- previsione della potenza media dissipata Pavg nel periodo T dal secondo dispositivo 3 a partire da una modellizzazione matematica di quest?ultimo (secondo metodi predittivi noti);

- a partire dalla formula sopra riportata, cio?:

Pavg = VDC Ist tst/T.

Per quanto riguarda la regolazione dell?ampiezza dell?impulso di accensione PulseCST, in accordo con una forma realizzativa il circuito di pilotaggio 10 comprende un convertitore LDO (acronimo per ?Low-DropOut?), indicato con il numero 20.

Il convertitore LDO 20, in risposta al segnale di controllo VST, ? configurato per ridurre l?ampiezza della prima tensione di alimentazione V1 e fornire in uscita la seconda tensione di alimentazione V2.

Uno schema implementativo del convertitore LDO 20 ? illustrato in figura 6, in cui riconoscono:

- un optoisolatore 21 comandato dal segnale di controllo modulato VST (es. PWM);

- un filtro passa-basso 22 a valle dell?optoisolatore 21;

- un amplificatore operazionale 23 a valle del filtro passa-basso 22; - uno stadio di uscita push-pull 24.

In accordo con un?altra forma realizzativa, invece del convertitore LDO ? impiegato un convertitore switching (ad es. buck) oppure un convertitore a capacit? commutate.

In accordo con un aspetto dell?invenzione, il segnale di controllo VST ? un segnale modulato digitale oppure analogico.

Ad esempio, il segnale di controllo VST ? un segnale PWM oppure un segnale con modulazione a densit? di impulsi.

Al di l? delle varie forme che pu? assumere il segnale di controllo modulato VST, la seconda tensione di alimentazione V2 dipende da esso mediante una funzione monot?na.

Preferibilmente, il circuito di pilotaggio 10 comprende anche:

- almeno una resistenza 14 posta a valle della prima porta logica tri-state 11, cio? configurata per ricevere il segnale proveniente dal dall?uscita U11 della prima porta logica tri-state 11;

- una ulteriore resistenza 15 posta a valle della seconda porta logica tristate 12, cio? configurata per ricevere il segnale proveniente dall?uscita U12 della seconda porta logica tri-state 12.

A titolo di esempio, la figura 9 illustra l?andamento temporale su un periodo T dei segnali di comando dei circuiti di pilotaggio 10_2, 10_3 di due dispositivi 2,3 del mezzo ponte 1 (fig. 8). In questo caso, pertanto, entrambi i dispositivi 2, 3 sono dei transistori.

Con riferimento al primo circuito di pilotaggio 10_2, sono rappresentati: - un primo segnale di ingresso S1_2 configurato per alimentare l?ingresso I11 della prima porta logica tri-state 11 e l?ingresso I12 della seconda porta logica tri-state 12 del primo circuito di pilotaggio 10_2;

- un primo segnale di abilitazione SE11 configurato per alimentare l?ulteriore ingresso E11 della prima porta logica tri-state 11 del primo circuito di pilotaggio 10_2;

- un secondo segnale di abilitazione SE12, complementare al primo segnale di abilitazione SE11 e configurato per alimentare l?ulteriore ingresso E12 della seconda porta logica tri-state 12 del primo circuito di pilotaggio 10_2.

Con riferimento al secondo circuito di pilotaggio 10_3, sono rappresentati: - un secondo segnale di ingresso S1_3 configurato per alimentare l?ingresso I11 della prima porta logica tri-state 11 e l?ingresso I12 della seconda porta logica tri-state 12 del secondo circuito di pilotaggio 10_3;

- un terzo segnale di abilitazione SE11? configurato per alimentare l?ulteriore ingresso E11 della prima porta logica tri-state 11 del secondo circuito di pilotaggio 10_3;

- un quarto segnale di abilitazione SE12?, complementare al terzo segnale di abilitazione SE11? e configurato per alimentare l?ulteriore ingresso E12 della seconda porta logica tri-state 12 del secondo circuito di pilotaggio 10_3.

Per avere il pilotaggio secondo il metodo qui proposto, i due segnali di ingresso S1_2, S1_3 ad ogni periodo T devono soddisfare una relazione ben definita.

In particolare, ad ogni periodo T uno dei segnali di ingresso assumer? un livello digitale alto per una frazione di periodo tON in modo tale da consentire l?accensione del corrispondente transistore e l?altro segnale di ingresso assumer? un livello digitale alto solo per l?intervallo temporale tst superiore alla costante di tempo ? in modo tale da forzare il corrispondente transistore (inizialmente spento) in una configurazione di generatore di corrente controllato.

In figura 5 ? invece illustrato uno schema pi? generico dei dispositivi 2, 3 del mezzo ponte, con rispettivi circuiti di controllo 10 che ricevono in ingresso quattro segnali: CMD, CST, EN e il segnale di controllo VST.

Tali segnali sono illustrati in figura 7, dove si vede che:

- il segnale CMD ? il segnale di accensione normale del dispositivo 2, 3, che ne determina il duty-cycle;

- il segnale CST ? quello che reca l?informazione della durata dell?impulso di accensione PulseCST;

- il segnale EN ? il segnale di enable che abilita solo una delle due porte logiche tri-state 11, 12 in modo tale che non vi sia conflitto;

- il segnale di controllo VST ? il segnale impiegato per ottenere la seconda tensione di alimentazione V2.

Volendo fare un parallelo con i segnali impiegati nella figura 4, vale quanto segue:

- il segnale di ingresso S1 delle due porte logiche tri-state 11, 12 ? dato dall? ?OR? dei segnali CMD e CST.

- Il segnale EN ? il segnale di enable da cui si ricavano i due segnali complementari SE11, SE12: uno coincide con l?enable e l?altro con il suo valore negato.

Il mezzo ponte di figura 5 comprende anche due clamper indicati con CL2, CL3. Ciascun clamper ? collegato tra il terminale di uscita (drain o collettore) del corrispondente dispositivo e il terminale di riferimento (source o emettitore).

Il compito dei clamper ? di limitare le tensioni VON,2 e VON,3 ad un certo livello VON,max superiore alla massima tensione di dispositivo acceso che si possa avere in condizioni pratiche.

Nelle applicazioni di potenza, la configurazione di generatore di corrente controllato ? indesiderata in quanto legata ad una elevata dissipazione di potenza che pu? abbassare il rendimento del circuito o alterarne le prestazioni. Inoltre, se i dispositivi si trovassero prolungatamente in tale configurazione potrebbero essere danneggiati a causa delle elevate temperature raggiunte.

In questo contesto, le definizioni di ?configurazione accesa? e di ?configurazione di generatore di corrente controllato? vanno correlate alla tipologia di transistori impiegati.

Poich? spesso la nomenclatura utilizzata nei testi di riferimento pu? dar adito ad ambiguit? e talvolta a contraddizioni, si preferisce in questo contesto fornire una nomenclatura ad hoc, esposta nel seguito.

Nelle forme realizzative qui descritte ed illustrate, il secondo dispositivo 3 (ed eventualmente anche il primo dispositivo 2) del mezzo ponte ? un transistore MOSFET (acronimo dell?espressione inglese ?Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor?).

Come ? noto, un transistore MOSFET presenta tre terminali ? Gate, Source, Drain - ai quali si far? riferimento nel seguito.

Il MOSFET ? impiegabile come amplificatore lineare oppure come interruttore. In questo contesto, l?attenzione ? concentrata unicamente sull?impiego del MOSFET come interruttore. Pi? spesso si parla di funzionamento come ?switch? o ?in commutazione?.

Sinteticamente, il funzionamento del MOSFET come interruttore ? il seguente:

- Se la tensione tra Gate e Source VGS ? inferiore ad una tensione di soglia Vth, la corrente entrante nel Drain ID e quella uscente dal Source IS sono nulle. Il MOSFET si trova quindi nella regione di interdizione (cio? ? spento) ed ? assimilabile ad un interruttore aperto.

- Se la tensione tra Gate e Source VGS ? maggiore della tensione di soglia Vth, ? presente una corrente entrante dal Drain ID ed uscente dal Source. La tensione tra Drain e Source VDS ? molto bassa, approssimabile a 0 Volt. Il MOSFET si trova quindi nella regione di triodo e il suo comportamento approssima quello di un interruttore chiuso. In questo contesto, per ?configurazione accesa? del MOSFET si intende la configurazione per cui il MOSFET ? in regione di triodo.

Nel funzionamento da interruttore, il MOSFET viene a trovarsi temporaneamente nella regione di saturazione, durante il transitorio di commutazione da interdizione a triodo, e viceversa.

Nella regione di saturazione, la tensione tra Gate e Source VGS ? maggiore della tensione soglia Vth mentre la tensione tra Gate e Drain VGD ? minore della tensione di soglia Vth. La corrente di Drain ID in questo caso ? determinabile secondo la formula seguente:

ID = K (VGS-Vth)<2 >

dove K ? la conduttanza e dipende da parametri della tecnologia di fabbricazione, dalle dimensioni geometriche e dalla temperatura.

Anche la tensione di soglia Vth dipende dalla temperatura.

Quindi, in questo contesto, per ?configurazione di generatore di corrente controllato? si intende la configurazione per cui il MOSFET ? in regione di saturazione e si comporta come un generatore di corrente controllato in tensione.

Nel caso di MOSFET, le due porte tri-state 11, 12 del circuito di pilotaggio 10 sono dei driver collegati tra il gate e il source.

In questo caso, ? la tensione tra Gate e Source VGS che presenta un impulso di accensione PulseCST avente un?ampiezza ampiezza e una durata regolabile, come si vede in figura 7. In particolare, impiegando il segnale di controllo modulato VST viene ridotta l?ampiezza della prima tensione di alimentazione V1 e ottenuta cos? la seconda tensione di alimentazione V2 per la seconda porta logica tri-state 12. L?uscita U12 di tale porta ? la tensione di gate.

Infatti, variando VGS varia la corrente circolante nel secondo dispositivo 3. Pertanto, se il secondo dispositivo 3 ? un transistore MOSFET, il metodo prevede che esso sia forzato in un periodo T a lavorare nella regione di saturazione mentre il primo dispositivo 2 lavora in regione di triodo per la frazione di periodo tON = d * T.

L?ampiezza dell?impulso di VGS pu? assumere qualsiasi valore compreso tra la tensione di soglia del dispositivo e la tensione di Miller dello stesso., cio? la tensione che scandisce il passaggio tra la regione di funzionamento da ?interruttore acceso? a quella di ?controllo di corrente?. La misura della corrente di Drain ID viene effettuata mediante un sensore di corrente posto sul Drain oppure sul Source.

Con riferimento alla figura 5, la misura di corrente del primo dispositivo 2 pu? essere eseguita nei punti indicati con A2, B2 e la misura di corrente del secondo dispositivo 3 pu? essere eseguita nei punti indicati con A3, B3.

Il punto A3 pu? essere anche sul terminale VH e il punto B2 sul terminale VL. Nel caso in cui il mezzo ponte sia parte di un circuito pi? complesso (es. ponte intero oppure ponte trifase) bisogna per? fare attenzione al fatto che rilevare la corrente sul terminale VH significa rilevare la somma delle correnti di tutti i mezzi ponti.

In accordo con un aspetto dell?invenzione, anche il primo dispositivo 2 ? un transistore, per cui pu? essere anch?esso forzato ad assumere una configurazione di generatore di corrente controllato, secondo uno schema analogo a quello descritto per il secondo transistore 3.

In tal caso, ? possibile misurare la temperatura simultanea di entrambi i dispositivi 2, 3 affidandosi a due diverse variabili TSEP: la corrente di shoot-through e la tensione di dispositivo acceso a corrente variabile o a corrente fissa.

Il circuito illustrato in figura 5 pu? essere quindi adattato per effettuare misure TSEP di tipo diverso: ad esempio per un dispositivo tramite la corrente di shoot-through e per l?altro dispositivo tramite la tensione dispositivo acceso.

In accordo con una forma realizzativa alternativa (non illustrata), il secondo dispositivo 3 del mezzo ponte ? un transistore BJT (acronimo dell?espressione inglese ?Bipolar Junction Transistor?).

Come ? noto, un transistore BJT presenta tre terminali ? Base, Emettitore, Collettore - ai quali si far? riferimento nel seguito.

Sinteticamente, il funzionamento del BJT come interruttore ? il seguente: - Se la corrente entrante nella Base IB ? nulla, anche la corrente entrante nel Collettore IC e quella uscente dall'Emettitore IE sono nulle. Le giunzioni Base-Emettitore e Base-Collettore sono entrambe polarizzate in inversa. Il BJT si trova quindi nella regione di interdizione (cio? ? spento) ed ? assimilabile ad un interruttore aperto.

- Se la corrente entrante nella Base IB ? sufficientemente elevata, ? presente una corrente IC entrante dal Collettore ed uscente dell'Emettitore. Le giunzioni Base-Emettitore e Base-Collettore sono entrambe polarizzate in diretta. La tensione tra Collettore ed Emettitore VCE ? molto bassa, approssimabile a 0 Volt. Il BJT si trova quindi nella regione di saturazione e il suo comportamento approssima quello di un interruttore chiuso. In questo contesto, per ?configurazione accesa? del BJT si intende la configurazione per cui il BJT ? in regione di saturazione.

Nel funzionamento da interruttore, il BJT viene a trovarsi temporaneamente nella regione diretta attiva, durante il transitorio di commutazione da interdizione a saturazione, e viceversa.

Nella regione diretta attiva la giunzione Base-Emettitore ? polarizzata in diretta e la giunzione Collettore-Base ? polarizzata in inversa.

La corrente di Collettore Ic ? proporzionale alla corrente di Base IB secondo la formula:

dove ? ? il guadagno di corrente.

Quindi, in questo contesto, per ?configurazione di generatore di corrente controllato? si intende la configurazione per cui il BJT ? in regione diretta attiva e si comporta come un generatore di corrente controllato in corrente. Pertanto, se il secondo dispositivo 3 ? un transistore BJT, il metodo prevede che esso sia forzato in un periodo T a lavorare nella regione diretta attiva mentre il primo dispositivo 2 lavora in regione di saturazione per la frazione di periodo tON = d * T.

La misura della corrente di Collettore Ic viene effettuata mediante un sensore di corrente posto sul Collettore oppure sul?Emettitore.

Nel caso di BJT, le due porte tri-state 11, 12 del circuito di pilotaggio 10 sono dei driver collegati tra la base e il collettore.

In accordo con una forma realizzativa alternativa (non illustrata), il secondo dispositivo 3 del mezzo ponte ? un transistore IGBT.

Come ? noto, un transistore IGBT presenta tre terminali ? Gate, Collettore ed Emettitore ? ai quali si far? riferimento nel seguito.

Sinteticamente, il funzionamento dell?IGBT come interruttore ? il seguente: - Se la tensione tra Gate ed Emettitore VGE ? inferiore ad una tensione di soglia Vth, la corrente entrante nel collettore IC e quella uscente dall?Emettitore IE sono nulle. L?IGBT si trova quindi nella regione di interdizione (cio? ? spento) ed ? assimilabile ad un interruttore aperto. - Se la tensione tra Gate ed Emettitore VGE ? maggiore della tensione di soglia Vth di una quantit? tale per cui la tensione fra Collettore ed Emettitore VCE ? circa 0 Volt, ? presente una corrente entrante nel collettore IC ed uscente dall?Emettitore. L?IGBT si trova quindi nella regione di saturazione e il suo comportamento approssima quello di un interruttore chiuso. In questo contesto, per ?configurazione accesa? dell?IGBT si intende la configurazione per cui l?IGBT ? in regione di saturazione.

Durante il transitorio di commutazione da interdizione a saturazione e viceversa, l?IGBT viene a trovarsi temporaneamente in una regione lineare in cui la corrente di collettore IC ? in prima approssimazione proporzionale alla cosiddetta ?tensione di overdrive? (VGE-Vth) secondo la formula:

IC = gf (VGE-Vth)

dove gf ? la transconduttanza.

Quindi, in questo contesto, per ?configurazione di generatore di corrente controllato? si intende la configurazione per cui l?IGBT ? in regione lineare e si comporta come un generatore di corrente controllato in tensione.

La misura della corrente di Collettore Ic viene effettuata mediante un sensore di corrente posto sul Collettore oppure sul?Emettitore.

Nel caso di IGBT, le due porte tri-state 11, 12 del circuito di pilotaggio 10 sono dei driver collegati tra il gate e il collettore.

In accordo con un aspetto dell?invenzione, il sistema 100 comprende almeno uno strato di materiale termico (non illustrato) applicato al primo scambiatore di calore 101 e/o al secondo scambiatore di calore 103.

In particolare, uno strato di materiale termico ? interposto tra il primo scambiatore di calore 101 e la batteria 50.

Un altro strato di materiale termico ? interposto tra il secondo scambiatore di calore 103 e il convertitore elettronico di potenza 1.

Lo scopo dello strato di materiale termico ? di aumentare la conducibilit? termica, sia durante il raffreddamento sia durante il riscaldamento della batteria.

Lo strato di materiale termico ? solitamente indicato con l?acronimo ?TIM?, dall?inglese Thermal Interface Material.

Ad esempio, lo strato di materiale termico ? costituito da un foglio siliconico oppure un foglio di mica.

In alternativa, lo strato di materiale termico ? ottenuto applicando una pasta termica di tipo noto.

In accordo con un aspetto dell?invenzione, il sistema 100 comprende inoltre un radiatore 105 provvisto di una ventola 106. Il radiatore 105 ? disposto lungo il circuito chiuso 102.

L?ordine dei vari componenti disposti lungo il circuito chiuso 102 non ? vincolante.

Nella forma realizzativa qui descritta ed illustrata in figura 1, la pompa 104 ? seguita dal radiatore 105 con ventola 106, a valle del quale si trova il secondo scambiatore di calore 103 con il convertitore 1, a valle del quale si trova il primo scambiatore di calore 101 che va a riscaldare la batteria 50.

In accordo con una forma realizzativa alternativa (non illustrata), il convertitore elettronico di potenza 1 potrebbe essere interposto tra il primo scambiatore di calore 101 e la pompa 104.

In ogni caso, l?importante ? che i componenti sopra indicati si trovino nel percorso di fluido, cio? siano disposti o comunque afferenti al circuito chiuso 102.

A riscaldamento completato tale ventola 106 previene eventuali overshoot di temperatura andando a sottrarre potenza; in funzionamento stazionario previene sovratemperature da parte della batteria 50.

In accordo con una variante realizzativa (non illustrata), il sistema 100 comprende inoltre un riscaldatore resistivo.

Il sistema 100 comprende inoltre uno o pi? sensori di temperatura per rilevare la temperatura del fluido in diverse parti della camera 102.

Inoltre, il sistema 100 comprende una o pi? termocoppie 35 per rilevare la temperatura della batteria 50 ed una unit? di regolazione della temperatura 40 della batteria 50.

L?unit? di regolazione della temperatura 40 ? configurata per ricevere segnali rilevati dalle termocoppie 35 e per applicare un algoritmo di controllo per una o pi? delle seguenti grandezze fisiche: velocit? della pompa 104, velocit? della ventola 105, efficienza del convertitore elettronico di potenza 1.

La regolazione della temperatura della batteria 50 ? quindi attuata mediante il controllo sinergico degli elementi del sistema 100, attraverso algoritmi di controllo che sono tecnica nota (es. feed-forward o predittivo o in retroazione o una combinazione). In particolare, i componenti che partecipano alla regolazione sono:

? la pompa 104, attraverso la regolazione della sua velocit?;

? il radiatore 105 che, attraverso opportune valvole di bypass, viene escluso (ha una capacit? termica molto alta essendo pieno di fluido);

? la ventola 106, attraverso la regolazione della sua velocit?;

? il o i convertitori elettronici di potenza 1, la cui efficienza ? continuamente regolabile nel tempo.

La regolazione pu? essere effettuata controllando una o pi? delle grandezze fisiche appena nominate.

Ai fini della corretta regolazione del sistema, ? opportuno applicare elementi di controllo che considerino anche le perdite naturali dei componenti batteria (le cui perdite dipendono dalla potenza erogata/ricaricata) e dei convertitori, che hanno un?efficienza massima determinata dalle particolari caratteristiche costruttive e dalla potenza gestita.

Altri elementi importanti e rilevanti ai fini del corretto dimensionamento e controllo del sistema possono essere: le propriet? termiche del liquido, del materiale di interfaccia fra la batteria e le piastre, le varie resistenze e capacit? termiche dei componenti. Anche in questo caso i particolari algoritmi utilizzati sono parte tecnica nota.

Nella forma realizzativa qui descritta ed illustrata in figura 1, l?unit? di regolazione della temperatura 40 ? distinta dall?unit? di pilotaggio 30 dei dispositivi, ma comunicante con essa per cui la potenza additiva viene controllata per ottenere il riscaldamento desiderato.

Ad esempio, l?unit? di regolazione della temperatura 40 pu? essere integrata nella batteria 50. In alternativa, si tratta di un componente separato.

L?unit? di pilotaggio 30 ? preferibilmente integrata nel convertitore elettronico di potenza 1. In alternativa, si trova di un componente separato.

In accordo con una variante realizzativa, l?unit? di regolazione della temperatura 40 e l?unit? di pilotaggio 30 dei dispositivi possono essere integrate in un unico blocco.

In accordo con una variante realizzativa, il sistema 100 comprende:

- una pluralit? di convertitori elettronici di potenza aventi una topologia a mezzo ponte comprendente due dispositivi;

- una unit? di pilotaggio descritto per ciascun convertitore, avente le caratteristiche sopra descritte.

Il funzionamento del sistema per riscaldare una batteria o un pacco batterie, secondo la presente invenzione, ? descritto nel seguito, in particolare con riferimento al ruolo del convertitore elettronico di potenza. In condizioni di avvio a freddo, l?efficienza del convertitore elettronico di potenza 1 viene diminuita, dissipando pi? calore di quello normalmente generato a bassi carichi.

Con riferimento alla figura 1, il percorso del fluido durante il riscaldamento ? dalla pompa 104 al radiatore 105 con ventola 106, al secondo scambiatore di calore 103. Qui, il fluido viene riscaldato grazie al calore proveniente dal convertitore elettronico di potenza 1, per arrivare cos? al primo scambiatore di calore 101 dove cede calore alla batteria 50. Il fluido riscaldato torna poi alla pompa 104 e il ricircolo nel circuito chiuso 102 prosegue.

Al crescere della temperatura della batteria 50,

il riscaldamento non ? pi? necessario perch? la batteria si mantiene in temperatura (o addirittura necessita raffreddamento) per le proprie perdite legate al carico di lavoro tipico, quindi ? necessario aumentare l?efficienza del convertitore 1 a valori minimi per non avere calore additivo indesiderato-In tali condizioni, l?unit? di pilotaggio 30 pu? essere spenta e i vari componenti assumono le normali configurazioni operative.

In particolare, il primo scambiatore di calore 101 viene ora impiegato per raffreddare la batteria 50. Analogamente, il fluido raffredda anche il convertitore elettronico di potenza 1.

Al raffreddamento contribuisce anche la ventola 106.

Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche di un sistema per riscaldare una batteria o un pacco batterie, in particolare per impiego in veicoli elettrici, secondo la presente invenzione, cos? come chiari ne risultano i vantaggi.

In particolare, il sistema di riscaldamento qui proposto ? meno ingombrante e pi? leggero rispetto ai sistemi di riscaldamento a liquido oggi noti in quanto impiega componenti gi? presenti a bordo veicolo.

In particolare, vengono sfruttati componenti impiegati nel circuito di raffreddamento della batteria durante il funzionamento normale del veicolo.

Tali componenti, durante l?avviamento a freddo sono impiegati per funzioni diverse: in particolare, il convertitore elettronico di potenza, opportunamente comandato per forzare lo shoot-through controllato in uno dei dispositivi del mezzo ponte, diventa la sorgente di riscaldamento.

In tal modo, si evita di dover prevedere un componente aggiuntivo dedicato quale il riscaldatore resistivo, che aumenterebbe gli ingombri e il peso. Infatti, l?unit? di pilotaggio del convertitore ha un peso ed un ingombro molto inferiori rispetto a quelli del riscaldatore resistivo.

Ci? incide in modo favorevole anche sull?impatto ambientale, riducendo i componenti da smaltire e/o riciclare a fine vita del veicolo.

Inoltre, la soluzione proposta consente di regolare il riscaldamento della batteria con un?elevata dinamica.

La soluzione non inficia l?efficienza del sistema in condizioni stazionarie, dato che la tecnologia di controllo impiegata per i convertitori consente anche il completo spegnimento della componente di perdita additiva.

Nella forma realizzativa impiegante anche un riscaldatore resistivo, si deve segnalare che esso ? un componente ausiliario al riscaldamento gi? fornito dal convertitore elettronico di potenza. In particolare, quando il convertitore non ? in grado di garantire tutte la potenza richiesta per rispettare il tempo di riscaldamento desiderato, si pu? prevedere la presenza di un riscaldatore resistivo avente una potenza inferiore (e quindi minor peso ed ingombro) rispetto al normale riscaldatore resistivo impiegato nelle soluzioni note.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI

1. Sistema (100) per riscaldare una batteria (50) o un pacco batterie, in particolare per impiego in veicoli elettrici, comprendente:

? un circuito chiuso (102) comprendente uno o pi? condotti per il passaggio di un fluido;

? un primo scambiatore di calore (101) fluido-solido disposto lungo il circuito chiuso (102), detto primo scambiatore di calore (101) essendo posizionabile in prossimit? della batteria (50);

? una pompa (104) associata al circuito chiuso (102) e configurata per far circolare il fluido in detto circuito chiuso (102);

? almeno un convertitore elettronico di potenza (1);

? un secondo scambiatore di calore (103) fluido-solido disposto lungo il circuito chiuso (102) e configurato per scambiare calore tra il fluido e il convertitore elettronico di potenza (1), detto almeno un convertitore elettronico di potenza (1) essendo basato su una topologia a mezzo ponte comprendente un primo dispositivo (2) ed un secondo dispositivo (3);

? una unit? di pilotaggio (30) dei dispositivi (2, 3) del mezzo ponte, detta unit? di pilotaggio (30) essendo configurata per pilotare detti dispositivi (2, 3) secondo uno schema di modulazione periodico per cui in un periodo (T) detta unit? di pilotaggio (30) ? configurata per:

? imporre ad uno dei dispositivi (2, 3) una configurazione accesa per una frazione di periodo (tON);

? forzare l?altro dispositivo (3, 2) in una configurazione di generatore di corrente controllato mediante un impulso di accensione (PulseCST) per un intervallo temporale (tst) superiore ad una costante di tempo (?).

2. Sistema (100) secondo la rivendicazione 1, in cui detta unit? di pilotaggio (30) ? configurata per regolare la durata di detto intervallo temporale (tst) a partire dal calcolo o dalla previsione della potenza media Pavg dissipata nel periodo (T).

3. Sistema (100) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta unit? di pilotaggio (30) ? configurata per regolare l?ampiezza dell?impulso di accensione (PulseCST) in modo tale da variare la corrente circolante nel dispositivo (2, 3) che si trova nella configurazione di generatore di corrente controllato.

4. Sistema (100) secondo la rivendicazione 3, in cui detta unit? di pilotaggio (30) ? configurata per regolare l?ampiezza dell?impulso di accensione (PulseCST) in funzione di un segnale di controllo (VST).

5. Sistema (100) secondo la rivendicazione 4, in cui detto segnale di controllo (VST) ? un segnale modulato digitale oppure analogico.

6. Sistema (100) secondo una delle rivendicazioni da 3 a 5, in cui detta unit? di pilotaggio (30) ? configurata per:

? misurare un valore di corrente circolante nel dispositivo (2, 3) che si trova nella configurazione di generatore di corrente controllato;

? ricavare un valore di temperatura in funzione del valore di corrente misurato.

7. Sistema (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 6, in cui detta unit? di pilotaggio (30) comprende un circuito di pilotaggio (10) per ciascuno dei due dispositivi (2, 3), detto circuito di pilotaggio (10) comprendendo:

? una prima porta logica tri-state (11) avente un ingresso (I11) configurato per ricevere un segnale di ingresso (S1), un ulteriore ingresso (E11) configurato per ricevere un primo segnale di abilitazione (SE11) ed una uscita (U11);

? una seconda porta logica tri-state (12) avente un ingresso (I12) configurato per ricevere detto segnale di ingresso (S1), un ulteriore ingresso (E12) configurato per ricevere un secondo segnale di abilitazione (SE12) complementare a detto primo segnale di abilitazione (SE11) in modo tale che ad ogni periodo (T) solo una di dette porte logiche tri-state (11, 12) si trovi in condizione di alta impedenza, e una uscita (U12),

in cui detta prima porta logica tri-state (11) ? alimentata da una prima tensione di alimentazione (V1) fissa e detta seconda porta logica tri-state (12) ? alimentata da una seconda tensione di alimentazione (V2) variabile in funzione di un segnale di controllo (VST).

8. Sistema (100) secondo la rivendicazione 7, in cui detto circuito di pilotaggio (10) comprende inoltre un convertitore LDO (20) che, in risposta a detto segnale di controllo (VST) ? configurato per ridurre l?ampiezza della prima tensione di alimentazione (V1) e fornire in uscita detta seconda tensione di alimentazione (V2).

9. Sistema (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un radiatore (105) provvisto di una ventola (106), detto radiatore (105) essendo disposto lungo il circuito chiuso (102).

10. Sistema (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente:

? mezzi per rilevare la temperatura (35) della batteria (50);

? una unit? di regolazione della temperatura (40) della batteria (50), detta unit? di regolazione della temperatura (40) essendo configurata per ricevere segnali rilevati da detti mezzi per rilevare la temperatura (35) e per applicare un algoritmo di controllo ad una o pi? delle seguenti grandezze fisiche: velocit? della pompa (104), velocit? della ventola (106), efficienza del convertitore elettronico di potenza (1).