IT202100005879A1 - Sistema di balancing attivo da energia rinnovabile o di recupero - Google Patents

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Luigi ANNIBALLI
Alessandro Guglielmi
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Trendy S R L
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Description

Descrizione dell?invenzione avente per titolo:
?SISTEMA DI BALANCING ATTIVO DA ENERGIA RINNOVABILE O DI RECUPERO?
Descrizione
Campo della tecnica
Sistema di balancing attivo per il pacco batterie di veicoli, utilizzato ad esempio per il livellamento delle celle del pacco batterie, convertendo energia rinnovabile o di recupero in energia elettrica.
Arte nota
Attualmente, l?attivit? di retrofit di veicoli ? molto diffusa tra gli esperti del settore. Le agevolazioni fiscali e gli incentivi statali per l?acquisto o il possesso di veicoli ibridi o elettrici hanno portato ad un rapido sviluppo di tecniche per la conversione di veicoli con motore a combustione in mezzi ibridi o full-electric, oppure alla produzione ex-novo di mezzi elettrici.
I veicoli ibridi o elettrici sono dotati di almeno un pacco batterie, preferibilmente composto da celle agli ioni o ai polimeri di litio, che sono la tecnologia dominante nel campo dell?accumulo di energia elettrica grazie alla loro elevata densit? di energia per peso e per volume.
Svantaggiosamente, le batterie a litio richiedono molti accorgimenti per potere funzionare correttamente. Ogni singola cella deve funzionare in un determinato intervallo di tensione e in determinato intervallo di temperatura per evitare il danneggiamento irreparabile della cella fino al caso estremo dell?esplosione della stessa. Per questo, sono necessari sistemi di monitoraggio della tensione e della temperatura per impedire il funzionamento della cella oltre le soglie di sicurezza.
Inoltre, l?attuale mercato delle batterie sta incentivando la produzione di celle di dimensioni e tensione contenuta, mentre, soprattutto nel caso di applicazioni come la mobilit? elettrica e ibrida si richiedono tensioni elevate e correnti elevate.
Per ottenere maggiori tensioni si tende a costruire pacchi batterie con centinaia di celle in serie e in parallelo. Questo permette di ottenere tensioni elevate ma, poich? le singole celle non sono perfettamente uguali dal punto di vista della capacit? e delle cadute di tensione, svantaggiosamente, durante la fase di carica, una o pi? celle raggiungono prima i limiti di sovratensione rendendo impossibile caricare ulteriormente le celle che non hanno ancora raggiunto tale limite. Inoltre, in fase di scarica, si ha che una o pi? celle raggiungono il limite di sottotensione prima delle altre rendendo inaccessibile l?energia disponibile in queste ultime. Tutto ci?, rende necessaria un?altra funzione, ossia il balancing che si occupa di rendere simile lo stato di carica di ogni singola cella per potere sfruttare al meglio la capacit? del pacco nel suo insieme.
Il cell balancing ? una operazione atta a rendere simile lo stato di carica di tutte le celle. Il balancing, in base alla tipologia, pu? essere effettuato solo durante la carica (balancing passivo), oppure sia durante la carica che la scarica (balancing attivo).
Svantaggiosamente, il balancing passivo attua il livellamento del pacco batterie attraverso la dissipazione dell?energia contenuta nelle celle che arrivano prima in sovratensione durante la fase di carica. Questo modus operandi comporta spreco di energia, costi di ricarica maggiori, tempi di ricarica pi? lunghi e un maggior deterioramento delle celle.
Il balancing attivo risolve parte degli svantaggi elencati, perch? prevede una ridistribuzione dell?energia tra le celle sia in fase di carica che in fase di scarica. Ci? implica un tempo di carica e dei costi inferiori al balancing passivo.
Svantaggiosamente, per il livellamento del pacco batterie, quando una cella ha una caduta di tensione maggiore rispetto alle altre, l?energia viene trasferita da un?altra cella o dal pacco stesso alla cella con tensione minore; in ogni caso, si ha sempre un consumo energetico dovuto all?effetto joule e al massimo una ridistribuzione dell?energia gi? presente nel pacco batterie e non un?immissione di energia dall?esterno per il livellamento del voltaggio delle varie celle.
Pertanto, se pur in forma ridotta, il balancing attivo noto allo stato dell?arte conserva molte problematiche del balancing passivo.
Svantaggiosamente, qualunque sistema di balancing tradizionale prevede l?utilizzo dell?energia elettrica fornita al pacco batteria attraverso la rete elettrica nazionale che viene quindi generata in gran parte da combustibili fossili. Malgrado la mobilit? elettrica riduca l?inquinamento ambientale dovuto al carburante necessario per i motori a scoppio, per caricare le batterie sfrutta energia prodotta da derivati del petrolio, non abbattendo quindi l?utilizzo di combustibili fossili.
? quindi sentita l'esigenza di realizzare un sistema di balancing attivo per il pacco batterie di veicoli che consenta di superare i suddetti inconvenienti.
Descrizione dell?invenzione
Scopo primario della presente invenzione ? quello di realizzare un sistema di balancing attivo per il pacco batterie di veicoli ibridi o full-electric ed un relativo metodo di utilizzo che consenta di effettuare il livellamento delle celle del pacco batterie convertendo energia rinnovabile o di recupero in energia elettrica.
La presente invenzione, pertanto, si propone di raggiungere gli scopi sopra discussi realizzando un sistema di balancing attivo per il pacco batterie di veicoli ibridi o full-electric che, conformemente alla rivendicazione 1, comprende:
- almeno un convertitore energetico;
- un?architettura elettronica che immette energia per il livellamento del voltaggio delle celle del pacco batterie;
- un regolatore di carica;
- almeno un sistema per l?accumulo intermedio;
- una matrice di caricatori;
- un dispositivo multiplexer per la distribuzione dell?energia alle singole celle;
- almeno un sistema BMS (Battery Managment System);
- almeno un pacco batterie.
Un secondo aspetto della presente invenzione prevede un metodo per effettuare il livellamento delle celle del pacco batterie convertendo energia rinnovabile o di recupero in energia elettrica che, conformemente alla rivendicazione 9, comprende i seguenti stadi:
- predisporre l?almeno un convertitore energetico su un veicolo;
- predisporre un?architettura elettronica che connetta l?almeno un convertitore energetico con il pacco batterie del veicolo;
- predisporre un sistema BMS;
- attivare l?almeno un convertitore energetico;
- procedere con la conversione dell?energia rinnovabile o di recupero in energia elettrica attraverso l?architettura elettronica che prevede un l?almeno un convertitore energetico, il regolatore di carica, l?almeno un sistema di accumulo intermedio e la matrice di caricatori connessa con un dispositivo multiplexer supervisionato dal sistema BMS per indirizzare l?energia alle celle del pacco;
- immettere energia al pacco batterie per il livellamento del voltaggio delle celle;
- interrompere l?immissione di energia nel pacco batterie controllata dal sistema BMS, dopo aver rilevato un livellamento di tutte le celle al massimo valore di voltaggio consentito;
- accumulo dell?energia in eccesso nell?almeno un sistema di accumulo intermedio; una volta saturato anche tale sistema di accumulo intermedio, apertura del teleruttore che connette l?almeno un convertitore energetico all?architettura elettronica;
- ripresa dell?immissione di energia nel pacco batterie controllata dal sistema BMS, dopo aver rilevato un abbassamento del voltaggio di almeno una cella del pacco batterie al di sotto del valore consentito.
Detto convertitore di energia ? un dispositivo per la trasformazione di energie rinnovabili o di recupero in energia elettrica.
Vantaggiosamente il sistema di balancing attivo per il pacco batterie di veicoli ibridi o full-electric e il relativo metodo di utilizzo consentono di effettuare la ricarica delle celle del pacco batterie convertendo energia rinnovabile o di recupero in energia elettrica.
Vantaggiosamente il sistema oggetto dell?invenzione consente di utilizzare energia rinnovabile o di recupero per effettuare il livellamento del pacco batterie sia in fase di carica che di scarica del pacco stesso.
Vantaggiosamente il sistema di balancing attivo per il pacco batterie di veicoli ibridi o full-electric a differenza dei sistemi di balancing attivo tradizionali, che si limitano a ridistribuire l?energia gi? presente nel pacco batterie, causando inevitabilmente una perdita di energia dovuta alla dissipazione sotto forma di calore, prevede l?immissione di energia rinnovabile o di recupero. Pertanto, la presente invenzione, non solo non riduce l?energia presente nel pacco batterie, ma la incrementa senza costi aggiuntivi.
Vantaggiosamente il sistema e il metodo oggetto dell?invenzione riducono i costi di ricarica poich? il livellamento avviene sfruttando energia rinnovabile o di recupero e per alcune varianti dell?invenzione consente anche una parziale ricarica del pacco batterie.
Vantaggiosamente, il sistema e il metodo oggetto dell?invenzione riducono i tempi di ricarica poich? in fase di scarica del pacco batterie viene sempre effettuato il livellamento delle celle, non dovendo quindi utilizzare parte del tempo di carica per effettuare il livellamento del voltaggio.
Vantaggiosamente, il sistema oggetto dell?invenzione ha una struttura elettronica che minimizza le perdite per effetto joule.
Vantaggiosamente, il sistema di balancing attivo per il pacco batterie di veicoli ibridi o full-electric e il relativo metodo di utilizzo riducono l?inquinamento ambientale sfruttando energia rinnovabile o di recupero.
Un ulteriore vantaggio del metodo e del sistema di balancing attivo per il pacco batterie di veicoli ibridi o full-electric ? che riducono il deterioramento delle celle.
Una variante dell?invenzione prevede che l?almeno un convertitore energetico sia un pannello solare, installato ad esempio, sul tetto di un veicolo. Il pannello solare ? sempre in funzione e pertanto a meno di giorni con un?intensa nuvolosit?, rari alle nostre latitudini, sar? sempre in grado di produrre energia. Bisogna considerare che statisticamente, il 90% del tempo, i veicoli privati restano inutilizzati, parcheggiati o attraccati.
Un vantaggio della presente invenzione ? la produzione di energia anche nei momenti di non utilizzo del mezzo. Questa modalit? operativa consente di avere un veicolo con il pacco batterie costantemente livellato e quindi un utilizzo ottimale di tutte le celle con un conseguente minor deterioramento di queste e un minor surriscaldamento del sistema.
Una ulteriore variante dell?invenzione prevede come convertitore energetico l?utilizzo di vernici fotovoltaiche, che avrebbero gli stessi vantaggi dei pannelli solari ma con le attuali tecnologie una minore efficienza a parit? di superficie. Altre varianti possono prevedere l?utilizzo di sistemi di harvesting energetico, ad esempio l?applicazione di piezoelettrici sulle sospensioni o di celle di peltier che possano sfruttare l?energia ricavata da differenze di temperatura (i.e. del sistema di raffreddamento) presenti nel veicolo. Queste realizzazioni sono scelte secondarie poich?, malgrado assicurino un bilanciamento attivo sfruttando energie rinnovabili o di recupero, le celle di peltier implicherebbero un?architettura elettronica pi? complessa e pi? costosa delle soluzioni fotovoltaiche e i piezoelettrici produrrebbero energia solo in movimento, quindi solo in fase di scarica e non sfrutterebbero i tempi morti delle soste dei veicoli. Una ulteriore variante del sistema oggetto dell?invenzione prevede l?utilizzo di supercondensatori come sistema di accumulo intermedio. Questi ultimi permettono un migliore utilizzo dell?energia di recupero prodotta dalla frenata rigenerativa, in cui il convertitore energetico ? l?inverter del veicolo, poich? le batterie elettrochimiche hanno una dinamica, rapidit? ad assorbire l?energia prodotta, molto inferiore ai condensatori. Pertanto, con i supercondensatori ? possibile immagazzinare la maggior parte dell?energia prodotta per poi ridistribuirla tra le celle dando priorit? a quelle con minore carica.
Per ciascuna delle realizzazioni precedenti ? possibile immaginare due differenti configurazioni del pacco batterie.
Una prima configurazione ? quella tradizionale con un unico pacco composto da N celle.
Una seconda configurazione prevede il partizionamento del pacco in due unit? poste in parallelo cos? da essere sottoposte alla stessa tensione ed avere, eventualmente, capacit? diverse sommabili. Questo frazionamento permette di avere un certo numero di celle P che formano il pacco batterie secondario; tale pacco mantenuto sempre carico dal sistema di balancing attivo. Il pacco batterie secondario ? destinato all?utilizzo in caso di emergenza, ad esempio un guasto o la totale scarica del pacco principale, cos? da assicurare la possibilit? di raggiungere il punto di carica pi? vicino. Le restanti celle N-P formerebbero il pacco batterie principale su cui il sistema oggetto dell?invenzione attuerebbe il livellamento.
Le rivendicazioni dipendenti descrivono forme di realizzazione preferite dell?invenzione.
Descrizione delle figure
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell?invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, di un metodo e di un sistema di balancing attivo per il pacco batterie di veicoli ibridi o full-electric, illustrato a titolo esemplificativo e non limitativo, con l?ausilio dell?unita tavola di disegno in cui:
- FIGURA 1 rappresenta uno schema a blocchi del sistema di balancing attivo da energia rinnovabile o di recupero secondo l?invenzione.
Gli stessi numeri di riferimento nella figura identificano gli stessi elementi o componenti.
Descrizione dettagliata dell?invenzione
Con riferimento alla Figura 1 ? rappresentata una prima forma di realizzazione di un sistema di balancing attivo per il pacco batterie di veicoli ibridi o full-electric, globalmente indicato con il riferimento numerico 1.
Il sistema, oggetto della presente invenzione, comprende
- almeno un convertitore energetico 2;
- un?architettura elettronica che non dissipa energia per il livellamento del voltaggio delle celle 9 del pacco batterie 8, ma la immette e minimizza le perdite per effetto joule;
- un regolatore di carica 3;
- almeno un sistema per l?accumulo intermedio 4;
- una matrice di caricatori 5;
- un dispositivo multiplexer 6 per la distribuzione dell?energia alle singole celle 9;
- almeno un sistema BMS (Battery Managment System) 7;
- almeno un pacco batterie 8.
A partire dall?almeno un convertitore energetico 2 si sviluppa l?architettura elettronica che comprende:
la connessione tra l?almeno un convertitore energetico 2 e il regolatore di carica 3, il regolatore di carica 3 connesso con l?almeno un sistema di accumulo intermedio 4, ad esempio una batteria tampone o almeno un supercondensatore; tale almeno un sistema di accumulo intermedio 4 connesso con la matrice di caricatori 5; ciascun caricatore connesso con un multiplexer 6 supervisionato da un sistema BMS 7 per indirizzare l?energia alle celle 9 del pacco batterie 8, queste ultime connesse singolarmente al multiplexer 6 e supervisionate dal sistema BMS 7.
Il sistema BMS 7 ? atto a supervisionare tutte le grandezze necessarie, ad esempio i valori celle 9, l?energia prodotta dall?almeno un convertitore energetico 2, le correnti; tale sistema attua le azioni necessarie, come ad esempio, indirizzare l?energia sulle celle pi? scariche.
Preferibilmente, l?architettura elettronica ? composta da regolatori di carica optoisolati, che permettono di distribuire in modo efficace l?energia alle celle 9 del pacco batterie 8; vantaggiosamente, ci? permette di ricaricare il pacco batterie 8 anche a tensione molto maggiore dell?almeno un sistema di accumulo intermedio 4.
Vantaggiosamente, l?almeno un convertitore energetico 2 ? connesso all?architettura elettronica attraverso almeno un cavo facoltativamente dotato di teleruttore; tale teleruttore permette di aprire il circuito elettrico, staccando l?almeno un convertitore energetico 2 dall?architettura elettronica quando l?almeno un pacco batterie 8 e il sistema di accumulo intermedio 4 sono completamente carichi, in modo da non usurare il sistema di balancing attivo oggetto dell?invenzione 1.
Secondo una prima realizzazione dell?invenzione che prevede l?utilizzo di pannelli solari, ad esempio, sul tetto di un veicolo, il sistema comprende:
- almeno un pannello solare flessibile o meno, preferibilmente solidale al tetto, ad esempio, della vettura, del treno, del tir, dello yacht;
- un pacco batterie 8, facoltativamente partizionato e parallelizzato e l?almeno un pannello solare connesso al pacco batterie 8 attraverso un regolatore di carica 3, un teleruttore, almeno un sistema di accumulo intermedio 4 e una matrice di caricatori 5 connessa con un multiplexer 6 supervisionato da almeno un sistema BMS 7 per indirizzare l?energia alle celle 9 del pacco batterie 8;
- l?almeno un sistema BMS 7 per il controllo dei voltaggi delle singole celle 9 e del pacco batterie 8, della temperatura delle singole celle 9 e del pacco batterie 8 e per il controllo dei flussi di corrente. In particolare, il sistema BMS 7 della presente realizzazione prevede il controllo di tutte le celle 9 al fine di garantire la sicurezza del sistema oggetto dell?invenzione, e decide le strategie di livellamento che, preferibilmente, saranno con conferimento di carica allogena e solo per estrema necessit? passiva.
Pertanto, il sistema di balancing attivo 1 per il pacco batterie 8 di veicoli ibridi o full-electric secondo questa prima realizzazione attua, preferibilmente il livellamento delle celle 9 del pacco batterie 8 del veicolo su cui ? installato e facoltativamente la ricarica del pacco batterie 8 o alternativamente del pacco batterie secondario dedicato alle emergenze.
Vantaggiosamente, la prima realizzazione si avvale di componenti tecnologiche ben note allo stato dell?arte ma mai utilizzate secondo la configurazione descritta e con la presente applicazione, che assicurano modalit? costruttive, tempi e costi di realizzazione contenuti, rispetto alle altre realizzazioni proposte a parit? di efficienza e superfice d?installazione a disposizione.
Vantaggiosamente, tale prima realizzazione comprendendo almeno un pannello solare pu? fornire energia sia nei momenti di attivit? del veicolo, sia nei momenti in cui il veicolo ? spento e/o fermo. Tale prima realizzazione pu? arrivare a livellare e caricare completamente il pacco batterie 8 e l?almeno un sistema di accumulo intermedio 4, pertanto ? dotata di un teleruttore che permette di aprire il circuito e staccare l?almeno un pannello solare dal sistema di balancing oggetto dell?invenzione 1 cos? da non usurarlo inutilmente.
Secondo una seconda realizzazione dell?invenzione che prevede come almeno un convertitore energetico 2 l?utilizzo di vernici fotovoltaiche atte a colorare il veicolo, il sistema comprende:
- almeno una porzione del veicolo su cui ? applicata la vernice fotovoltaica; - un pacco batterie 8, facoltativamente partizionato e parallelizzato e l?almeno una porzione del veicolo su cui ? applicata la vernice fotovoltaica connessa ad un regolatore di carica 3, un teleruttore, almeno un sistema di accumulo intermedio 4 e una matrice di caricatori 5 connessa con un multiplexer 6 supervisionato da un sistema BMS 7 per indirizzare l?energia alle celle 9 del pacco batterie 8;
- almeno un sistema BMS 7 per il controllo dei voltaggi delle singole celle 9 e del pacco batterie 8, della temperatura delle singole celle 9 e del pacco batterie 8 e per il controllo dei flussi di corrente; in particolare il sistema BMS 7 della presente realizzazione prevede il controllo di tutte le celle 9 al fine di garantire la sicurezza del sistema oggetto dell?invenzione, e decide le strategie di livellamento che, preferibilmente, saranno con conferimento di carica allogena e solo per estrema necessit? passiva.
Pertanto, il sistema di balancing attivo per il pacco batterie 8 di veicoli ibridi o full-electric secondo questa realizzazione attua, preferibilmente il livellamento delle celle 9 del pacco batterie 8 del veicolo su cui ? installato e facoltativamente la ricarica del pacco batterie 8 o alternativamente del pacco batterie secondario dedicato alle emergenze.
Vantaggiosamente, questa seconda realizzazione gode delle caratteristiche della prima realizzazione a meno che per l?almeno un convertitore energetico 2, che in questo caso sono delle vernici fotovoltaiche. Tali vernici hanno il vantaggio di essere la soluzione pi? accattivante esteticamente, ma a parit? di superficie hanno minore efficienza e di conseguenza un costo maggiore a parit? di energia prodotta.
Vantaggiosamente, tale seconda realizzazione comprendendo vernici fotovoltaiche atte a colorare il veicolo pu? fornire energia sia nei momenti di attivit? del veicolo, sia nei momenti in cui il veicolo ? spento e/o fermo. Tale seconda realizzazione pu? arrivare a livellare e caricare completamente il pacco batterie 8 e il sistema di accumulo intermedio 4, pertanto ? dotata di un teleruttore che permette di aprire il circuito e staccare le vernici fotovoltaiche dal sistema di balancing oggetto dell?invenzione 1 cos? da non usurarlo inutilmente. Secondo una terza realizzazione dell?invenzione che prevede come almeno un convertitore energetico 2 delle celle di peltier montate in prossimit? del sistema di raffreddamento del veicolo, il sistema comprende:
- almeno una cella di peltier montata a contatto con il sistema di raffreddamento del veicolo;
- un pacco batterie 8, facoltativamente partizionato e parallelizzato e l?almeno una cella di peltier connessa al pacco batterie 8 attraverso un regolatore di carica 3, almeno un sistema di accumulo intermedio 4 e una matrice di caricatori 5 connessa con un multiplexer 6 supervisionato da un sistema BMS 7 per indirizzare l?energia alle celle 9 del pacco batterie 8; - almeno un sistema BMS 7 per il controllo dei voltaggi delle singole celle 9 e del pacco batterie 8, della temperatura delle singole celle 9 e del pacco batterie 8 e per il controllo dei flussi di corrente; in particolare il sistema BMS 7 della presente realizzazione prevede il controllo di tutte le celle 9 al fine di garantire la sicurezza del sistema oggetto dell?invenzione 1, e decide le strategie di livellamento che, preferibilmente, saranno con conferimento di carica allogena e solo per estrema necessit? passiva.
Pertanto, il sistema di balancing attivo per il pacco batterie 8 di veicoli ibridi o full-electric secondo questa realizzazione attua, preferibilmente il livellamento delle celle 9 del pacco batterie 8 del veicolo su cui ? installato e facoltativamente la ricarica del pacco batterie 8 o alternativamente del pacco batterie secondario 8 dedicato alle emergenze.
Vantaggiosamente, la terza realizzazione dell?invenzione non influisce sull?aspetto estetico esteriore del veicolo, ma sia la complessit? che i costi di realizzazione non la rendono la scelta preferita per lo sviluppo di un sistema di balancing attivo per il pacco batterie 8 di veicoli ibridi o full-electric 1.
Vantaggiosamente, tale terza realizzazione pu? fornire energia sia nei momenti di attivit? del veicolo, sia nei momenti in cui il veicolo ? fermo, sia per un lasso di tempo in seguito allo spegnimento, pari al tempo necessario per il raffreddamento degli elementi del veicolo che lo richiedono.
Secondo una quarta realizzazione dell?invenzione che prevede come almeno un convertitore energetico 2 dei piezoelettrici montati sugli elementi sospensivi del veicolo, il sistema comprende:
- almeno un piezoelettrico montato sugli elementi sospensivi del veicolo; - un pacco batterie 8, facoltativamente partizionato e parallelizzato e l?almeno un piezoelettrico connesso al pacco batterie 8 attraverso un regolatore di carica 3, almeno un sistema di accumulo intermedio 4 e una matrice di caricatori 5 connessa con un multiplexer 6 supervisionato da un sistema BMS 7 per indirizzare l?energia alle celle 9 del pacco batterie 8; - almeno un sistema BMS 7 per il controllo dei voltaggi delle singole celle e del pacco batterie 8, della temperatura delle singole celle 9 e del pacco batterie 8 e per il controllo dei flussi di corrente; in particolare il sistema BMS 7 della presente realizzazione prevede il controllo di tutte le celle 9 al fine di garantire la sicurezza del sistema oggetto dell?invenzione, e decide le strategie di livellamento che, preferibilmente, saranno con conferimento di carica allogena e solo per estrema necessit? passiva.
Pertanto, il sistema di balancing attivo per il pacco batterie 8 di veicoli ibridi o full-electric secondo questa realizzazione attua, preferibilmente il livellamento delle celle 9 del pacco batterie 8 del veicolo su cui ? installato e facoltativamente la ricarica del pacco batterie 8 o alternativamente del pacco batterie secondario dedicato alle emergenze.
Vantaggiosamente, si avvale di componenti tecnologiche ben note allo stato dell?arte ma mai utilizzate secondo la configurazione descritta e con la presente applicazione, che assicurano modalit? costruttive, tempi e costi di realizzazione contenuti, ma un?efficienza comunque inferiore alle prime due realizzazioni che godono delle stesse caratteristiche.
Svantaggiosamente, questa quarta realizzazione pu? fornire energia solo nei momenti di attivit? del veicolo e non ? adattabile a tutti i veicoli, come ad esempio barche a vela che non prevedono la presenza di elementi sospensivi, pertanto non ? la realizzazione preferita dell?invenzione.
Facoltativamente, tutte le realizzazioni precedenti hanno un sistema di accumulo intermedio 4 composto da supercondensatori.
Una quinta realizzazione del sistema oggetto dell?invenzione prevede l?utilizzo di dell?energia recuperata dalla frenata rigenerativa in cui l?almeno un convertitore energetico 2 ? l?inverter del veicolo, il sistema comprende:
- un regolatore di carica 3 connesso con l?apparato frenante del veicolo, - un sistema di accumulo intermedio 4 composto da supercondensatori;
- una matrice di caricatori 5 connessa con un multiplexer 6 supervisionato da un sistema BMS 7 per indirizzare l?energia alle celle 9 del pacco batterie 8, facoltativamente partizionato e parallelizzato;
- almeno un sistema BMS 7 per il controllo dei voltaggi delle singole celle 9 e del pacco batterie 8, della temperatura delle singole celle 9 e del pacco batterie 8 e per il controllo dei flussi di corrente; in particolare il sistema BMS della presente realizzazione prevede il controllo di tutte le celle 9 al fine di garantire la sicurezza del sistema oggetto dell?invenzione, e decide le strategie di livellamento che, preferibilmente, saranno con conferimento di carica allogena e solo per estrema necessit? passiva.
Pertanto, il sistema di balancing attivo per il pacco batterie 8 di veicoli ibridi o full-electric secondo questa realizzazione attua, preferibilmente il livellamento delle celle 9 del pacco batterie 8 del veicolo su cui ? installato e facoltativamente la ricarica del pacco batterie 8 o alternativamente del pacco batterie secondario dedicato alle emergenze.
Svantaggiosamente, la quinta realizzazione ? quella con minor efficienza poich? la frequenza di una frenata e quindi il tempo di produzione di energia elettrica a partire dall?energia rinnovabile o di recupero ? minore rispetto alle precedenti realizzazioni.
Tutte le realizzazioni precedenti sono caratterizzate dai seguenti vantaggi:
- effettuano la ricarica delle celle 9 del pacco batterie 8 convertendo energia rinnovabile o di recupero in energia elettrica;
- prevedono l?immissione di energia rinnovabile o di recupero, non riducendo l?energia presente nel pacco batterie 8 ma incrementandola senza costi aggiuntivi;
- riducono i costi di ricarica poich? il livellamento avviene sfruttando energia rinnovabile o di recupero;
- riducono i tempi di ricarica poich? in fase di scarica del pacco batterie 8 viene sempre effettuato il livellamento delle celle 9, non dovendo quindi utilizzare parte del tempo di carica per effettuare il livellamento del voltaggio;
- hanno una struttura elettronica che minimizza le perdite per effetto joule; - riducono l?inquinamento ambientale sfruttando energia rinnovabile o di recupero;
- riducono il deterioramento delle celle 9 allungandone il tempo di vita;
- una volta effettuato il livellamento delle celle 9 del pacco batterie 8, iniziano a ricaricare il pacco batterie con una tecnica round robin. Con questa tecnica gli M caricatori immettono energia contemporaneamente ad un numero di celle pari ad M, per poi passare alle M celle successive, fino ad esaurire le N celle e ricominciare il ciclo. La tecnica round robin permette di non avere apprezzabili sbilanciamenti tra gli stati di carica delle celle alimentate dai diversi caricatori, poich? vengono caricate ciclicamente per intervalli di tempo pari circa ad 1/1000 dei tempi di carica di una cella. L?invenzione prevede anche un metodo per effettuare il livellamento delle celle 9 del pacco batterie 8 convertendo energia rinnovabile o di recupero in energia elettrica, che conformemente alla rivendicazione 9 comprende le seguenti fasi: a. predisporre l?almeno un convertitore energetico 2 su un veicolo;
b. predisporre un?architettura elettronica che connetta l?almeno un convertitore energetico 2 con il pacco batterie 8 del veicolo;
c. predisporre almeno un sistema BMS 7;
d. attivare l?almeno un convertitore energetico 2;
e. procedere con la conversione dell?energia rinnovabile o di recupero in energia elettrica attraverso l?architettura elettronica che comprende la connessione tra l?almeno un convertitore energetico 2 e il regolatore di carica 3, il regolatore di carica 3, l?almeno un sistema di accumulo intermedio 4 e la matrice di caricatori 5 connessa con un dispositivo multiplexer supervisionato dal sistema BMS 7 per indirizzare l?energia alle celle del pacco;
f. immettere l?energia al pacco batterie 8 per il livellamento del voltaggio delle celle 9;
g. interrompere l?immissione di energia nel pacco batterie 8 controllata dal sistema BMS 7, dopo aver rilevato un livellamento di tutte le celle 9 al massimo valore di voltaggio consentito;
h. accumulare l?energia in eccesso nell?almeno un sistema di accumulo intermedio 4; una volta saturato anche tale sistema di accumulo intermedio 4, apertura del teleruttore che connette l?almeno un convertitore energetico 2 all?architettura elettronica;
i. riprendere l?immissione di energia nel pacco batterie 8 controllata dal sistema BMS 7, dopo aver rilevato un abbassamento del voltaggio di almeno una cella 9 del pacco batterie 8 al di sotto del valore consentito. Secondo una realizzazione dell?invenzione, prima della fase h. del metodo oggetto dell?invenzione, il multiplexer 6 immette energia nella porzione di pacco batterie secondario destinato a situazioni di emergenza.
Con ?efficace? si intende in modo da assicurare il livellamento delle celle minimizzando gli sprechi energetici.

Claims (10)

Rivendicazioni
1. Sistema di balancing attivo per il pacco batterie (8) di veicoli ibridi o fullelectric (1) che comprende:
- almeno un convertitore energetico (2);
- un?architettura elettronica che immette energia per il livellamento del voltaggio delle celle (9) del pacco batterie (8);
- un regolatore di carica (3);
- almeno un sistema per l?accumulo intermedio (4);
- una matrice di caricatori (5);
- un dispositivo multiplexer (6) per la distribuzione dell?energia alle singole celle (9);
- almeno un sistema BMS (Battery Managment System) (7);
- almeno un pacco batterie (8).
2. Sistema come rivendicato nella rivendicazione 1, in cui il pacco batterie (8) ? composto da batterie al litio.
3. Sistema come rivendicato nella rivendicazione 1, in cui il pacco batterie (8) ? partizionato e parallelizzato.
4. Sistema come rivendicato nella rivendicazione 1, in cui l?almeno un convertitore energetico (2) ? composto da almeno un pannello solare.
5. Sistema come rivendicato nella rivendicazione 1, in cui l?almeno un convertitore energetico (2) ? composto da vernici fotovoltaiche di cui ? ricoperta almeno una porzione del veicolo.
6. Sistema come rivendicato nelle rivendicazioni da 1 a 5, che comprende un teleruttore tra l?almeno un convertitore energetico (2) e l?architettura elettronica.
7. Sistema come rivendicato nella rivendicazione 1, in cui l?almeno un convertitore energetico (2) ? composto da un sistema di energy harvesting che comprende sensori piezoelettrici montati sugli elementi sospensivi.
8. Sistema come rivendicato nella rivendicazione 1, in cui l?almeno un convertitore energetico (2) ? composto da un sistema di energy harvesting che comprende almeno una cella di peltier.
9. Metodo per effettuare il livellamento delle celle (9) del pacco batterie (8) di veicoli ibridi o full-electric, convertendo energia rinnovabile o di recupero in energia elettrica, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente le seguenti fasi:
a. predisporre l?almeno un convertitore energetico (2) su un veicolo; b. predisporre un?architettura elettronica che connetta l?almeno un convertitore energetico (2) con il pacco batterie (8) del veicolo; c. predisporre almeno un sistema BMS (7);
d. attivare l?almeno un convertitore energetico (2);
e. procedere con la conversione dell?energia rinnovabile o di recupero in energia elettrica attraverso l?architettura elettronica che comprende la connessione tra l?almeno un convertitore energetico (2) e il regolatore di carica (3), il regolatore di carica (3), l?almeno un sistema di accumulo intermedio (4) e la matrice di caricatori (5) connessa con un dispositivo multiplexer supervisionato dall?almeno un sistema BMS (7) per indirizzare l?energia alle celle del pacco;
f. immettere l?energia al pacco batterie (8) per il livellamento del voltaggio delle celle (9);
g. interrompere l?immissione di energia nel pacco batterie (8) controllata dall?almeno un sistema BMS (7), dopo aver rilevato un livellamento di tutte le celle (9) al massimo valore di voltaggio consentito; h. accumulare l?energia in eccesso nell?almeno un sistema di accumulo intermedio (4); una volta saturato anche tale sistema di accumulo intermedio (4), apertura del teleruttore che connette l?almeno un convertitore energetico (2) all?architettura elettronica;
i. riprendere l?immissione di energia nel pacco batterie (8) controllata dall?almeno un sistema BMS (7), dopo aver rilevato un abbassamento del voltaggio di almeno una cella (9) del pacco batterie (8) al di sotto del valore consentito.
10. Metodo secondo la rivendicazione 9 in cui, prima della fase h il multiplexer (6) immette energia nella porzione di pacco batterie secondario destinato a situazioni di emergenza.
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