ITBA20120065A1 - POWER SUPPLY SYSTEM FOR AN ELECTRIC DRIVE VEHICLE - Google Patents

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battery
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photovoltaic module
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Donatello Tagliente
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Elip Tagliente S R L
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
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Description

“Impianto di alimentazione per un autoveicolo a trazione elettrica†⠀ œFuel system for an electric vehicleâ €

Il trovato di cui alla presente invenzione ha per oggetto un impianto di alimentazione per un autoveicolo elettrico ed in particolare la gestione delle batterie di alimentazione del motore. The invention of the present invention relates to a power supply system for an electric motor vehicle and in particular the management of the power supply batteries of the engine.

Un veicolo elettrico à ̈ normalmente dotato di un accumulatore di carica elettrica ovvero di una batteria ricaricabile la cui carica può essere completamente ristabilita mediante l’applicazione di un’adeguata energia elettrica, di un motore elettrico, di dispositivi di gestione della carica elettrica ovvero di limitazione del fabbisogno energetico complessivo della macchina. An electric vehicle is normally equipped with an electric charge accumulator or a rechargeable battery whose charge can be completely restored by applying adequate electricity, an electric motor, electric charge management devices. or limiting the overall energy requirement of the machine.

Come à ̈ noto, il problema da risolvere in un autoveicolo elettrico à ̈ quello della sua autonomia; infatti, l’effettiva autonomia di quest’ultimo, dipende da una serie di fattori fra i quali il numero ed il tipo di batterie utilizzate, e dalle prestazioni che si intendono attribuire al veicolo. Le batterie attualmente più utilizzate, in quanto facilmente reperibili e poco costose, sono quelle al piombo-acido, che consentono di raggiungere autonomie comprese tra i 30 e 80 km. Allo scopo di consentire una maggior autonomia à ̈ possibile dotare il veicolo di una batteria al NiMH caratterizzata da una più alta densità di energia che possa consentire autonomie dell’ordine dei 200 Km. Sono inoltre utilizzate, da ultimo, batterie al litio che consento autonomie di circa 400-500 Km. Naturalmente l’utilizzazione di questo ultimo tipo di batteria à ̈ ancora limitato in considerazione del loro elevato costo. As is well known, the problem to be solved in an electric vehicle is that of its autonomy; in fact, the actual autonomy of the latter depends on a series of factors including the number and type of batteries used, and on the performance to be attributed to the vehicle. The batteries currently most used, as they are easily available and inexpensive, are lead-acid batteries, which make it possible to reach ranges between 30 and 80 km. In order to allow greater autonomy, it is possible to equip the vehicle with a NiMH battery characterized by a higher energy density that can allow autonomy of the order of 200 km. Lastly, lithium batteries are also used that allow autonomy of about 400-500 Km. Naturally the use of this last type of battery is still limited in consideration of their high cost.

Una volta esaurita la carica elettrica delle batterie, à ̈ necessario procedere alla loro ricarica che può avviene in due modi: Once the electric charge of the batteries is exhausted, it is necessary to recharge them which can take place in two ways:

- per via conduttiva, allacciando il veicolo ad una normale rete di corrente che attraverso un trasformatore ed un raddrizzatore fornisce alla batteria la ricarica. - conductively, by connecting the vehicle to a normal current network which, through a transformer and a rectifier, provides the battery with recharging.

- per via induttiva, in cui l’avvolgimento primario viene inserito in una fessura del veicolo, dove si accoppia con l’avvolgimento secondario. - inductively, in which the primary winding is inserted into a slot in the vehicle, where it is coupled with the secondary winding.

Inoltre, alcuni veicoli elettrici, al fine di aumentare l’autonomia, dispongono di dispositivi di recupero di energia in frenata, in detti tipi di veicoli, il motore genera energia, altrimenti sprecata in calore dai freni, trasformandosi in dinamo ed inviandola alle batterie di trazione. Studi su detta tecnica, hanno dimostrato che si può arrivare ad un risparmio di energia anche del 30%. Furthermore, some electric vehicles, in order to increase the autonomy, have energy recovery devices during braking, in these types of vehicles, the engine generates energy, otherwise wasted in heat by the brakes, transforming itself into a dynamo and sending it to the batteries. of traction. Studies on this technique have shown that energy savings of up to 30% can be achieved.

Scopo della presente invenzione, à ̈ quello di fornire un impianto di alimentazione per veicoli elettrici, in grado di aumentarne l’autonomia, a parità di prestazioni, attraverso un sistema di trazione idoneo a garantire una velocità massima, limitata elettronicamente, di circa 40 km/h attraverso un motore elettrico asincrono comprendente una batteria trazione per utenze primarie, una batteria tampone per utenze secondarie, un pannello solare, un pannello elettronico di bordo che gestisce anche l’interfaccia con il conducente e le dotazioni di sicurezza. The purpose of the present invention is to provide a power supply system for electric vehicles, capable of increasing their autonomy, with the same performance, through a traction system suitable for guaranteeing a maximum speed, electronically limited, of about 40 km / h through an asynchronous electric motor comprising a traction battery for primary users, a buffer battery for secondary users, a solar panel, an on-board electronic panel that also manages the interface with the driver and safety equipment.

In particolare, l’alimentazione à ̈ fornita da una batteria trazione accoppiata al caricabatteria di ultima generazione, idonea ad assicurare una sufficiente autonomia di funzionamento del veicolo in tutte le condizioni di utilizzo fino alla carica successiva. Tale batteria à ̈ principalmente rivolta all’alimentazione del motore e delle utenze principali del veicolo come il pannello elettronico e il display. All’occorrenza interviene anche ad alimentare le utenze secondarie del veicolo come i fari, gli indicatori di direzione, luci di posizione, ecc. In particular, power is supplied by a traction battery coupled to the latest generation battery charger, suitable for ensuring sufficient vehicle operating autonomy in all conditions of use until the next charge. This battery is mainly aimed at the power supply of the engine and the main utilities of the vehicle such as the electronic panel and the display. If necessary, it also intervenes to power the secondary utilities of the vehicle such as the headlights, direction indicators, position lights, etc.

Oltre alla batteria principale, il sistema di alimentazione prevede una batteria tampone per utenze secondarie. In addition to the main battery, the power supply system includes a buffer battery for secondary users.

Tale batteria tampone à ̈ collegata ad un pannello solare montato sul tetto del veicolo e provvede ad alimentare le utenze secondarie quali luci di posizione, fari, indicatori di direzione, ecc. This buffer battery is connected to a solar panel mounted on the roof of the vehicle and supplies the secondary utilities such as position lights, headlights, direction indicators, etc.

Tale batteria, di dimensioni e prestazioni più contenute, raccoglierà l’energia proveniente dall’irraggiamento al pannello provvedendo ad una parte del fabbisogno energetico del veicolo. Nel caso di scarso irraggiamento, ed in generale quando la batteria tampone risulta scarica, la batteria principale interverrà anche ad alimentare le utenze secondarie del veicolo. This battery, of smaller size and performance, will collect the energy coming from the radiation to the panel, providing for a part of the vehicleâ € ™ s energy needs. In the case of low irradiation, and in general when the buffer battery is discharged, the main battery will also intervene to power the secondary users of the vehicle.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un sistema di alimentazione per veicoli equipaggiati da un motore elettrico asincrono, che preveda l’utilizzo sia di un accumulatore di cariche elettriche, sia di uno o più pannelli fotovoltaici. A further object of the present invention is to provide a power supply system for vehicles equipped with an asynchronous electric motor, which envisages the use of both an accumulator of electric charges and one or more photovoltaic panels.

Questi ed ulteriori scopi sono raggiunti della presente invenzione di impianto di alimentazione per un autoveicolo a trazione elettrica, che viene nel seguito descritto con l’ausilio dei disegni contenuti nelle tavole allegate che rispettivamente illustrano: These and further objects are achieved by the present invention of a power supply system for an electric motor vehicle, which is described below with the aid of the drawings contained in the attached tables which respectively illustrate:

Fig. 1, uno schema a blocchi dell’impianto di alimentazione del circuito principale e secondario; Fig. 1, a block diagram of the main and secondary circuit power supply system;

Fig. 2, lo schema del funzionamento logico dell’impianto; Fig. 2, the diagram of the logical operation of the system;

Fig. 3, una vista dall’alto dell’autoveicolo elettrico di cui alla presente invenzione; Fig. 3, a top view of the electric vehicle of the present invention;

Fig. 4 una vista laterale dell’autoveicolo elettrico in cui sono visibili le batterie. Fig. 4 a side view of the electric vehicle in which the batteries are visible.

Come illustrato nella figura 1, l’impianto di alimentazione di cui alla presente invenzione, si compone di una batteria principale 1 e di una batteria tampone 2, scopo della batteria principale à ̈ quello di alimentare tutti i sistemi dell’autoveicolo attraverso un collegamento diretto (opportunamente ridotto al fine di rendere compatibile le potenze erogate con quelle richieste dalle utenze). La batteria principale 1, pertanto, alimenterà il display funzione 3 dell’autoveicolo dal quale l’utente avrà la possibilità di controllare la velocità, il programma di trazione, i parametri del modulo di controllo, lo stato di carica nonché l’autonomia residua espressa in percentuale riferita ad una durata ipotetica di 8 ore. As illustrated in Figure 1, the power supply system of the present invention consists of a main battery 1 and a buffer battery 2, the purpose of the main battery is to power all the systems of the vehicle through a direct connection (suitably reduced in order to make the powers supplied compatible with those required by the users). The main battery 1, therefore, will power the display function 3 of the vehicle from which the user will have the possibility to check the speed, the traction program, the parameters of the control module, the state of charge as well as the ™ residual autonomy expressed as a percentage referred to a hypothetical duration of 8 hours.

Anche i motori di trazione, sistemati nella parte posteriore del telaio dell’autoveicolo, sono alimentati dalla batteria principale 1 che verrà opportunamente dimensionata al fine di garantire una determinata efficienza funzionale distribuita nel tempo. I motori elettrici garantiscono una ridistribuzione omogenea della coppia motrice e garantiscono un controllo lineare della velocità prodotta. L’ottimizzazione del sistema con l’integrazione del sistema propulsivo sull’asse di trazione, consente di ridurre i consumi a vantaggio dell’autonomia. Il modulo trazione, cuore pulsante del sistema, permette di gestire, modulare, variare e controllare l’autoveicolo. Al modulo trazione, sempre alimentato dalla batteria principale 1, viene affidato il controllo del sincronismo dei due motori e l’erogazione di coppia in funzione degli attriti. I sistemi di illuminazione, dai gruppi ottici anteriori alle frecce direzionali, definite utenze secondarie, sono, diversamente, alimentate dalla batteria tampone 2. The traction motors, located in the rear part of the vehicle chassis, are also powered by the main battery 1 which will be suitably sized in order to guarantee a certain functional efficiency distributed over time. The electric motors guarantee a homogeneous redistribution of the driving torque and guarantee a linear control of the speed produced. The optimization of the system with the integration of the propulsion system on the drive axle, allows to reduce consumption to the advantage of autonomy. The traction module, the beating heart of the system, allows the vehicle to be managed, modulated, varied and controlled. The traction module, always powered by the main battery 1, is entrusted with the control of the synchronism of the two motors and the supply of torque as a function of friction. The lighting systems, from the front light units to the directional arrows, defined as secondary users, are otherwise powered by the buffer battery 2.

Quest’ultima, ha lo scopo di fungere da “accumulatore†. La batteria tampone interverrà a rafforzare il circuito quando, per uso prolungato o eccessivo consumo, si avrà una riduzione della carica in circuito. In caso di batteria principale scarica, à ̈ la batteria tampone a fornire al circuito la differenza di potenziale residua richiesta. L’intervento della batteria tampone 2 ha lo scopo di estendere l’autonomia del veicolo anche mediante l’intervento di un modulo fotovoltaico collocato sul tetto del veicolo V. In condizione di regolare funzionamento, la batteria tampone 2 assicura la corretta alimentazione dei circuiti secondari. The latter has the purpose of acting as an â € œaccumulatorâ €. The buffer battery will intervene to strengthen the circuit when, due to prolonged use or excessive consumption, there will be a reduction in the charge in the circuit. In the event of a flat main battery, the buffer battery supplies the circuit with the required residual potential difference. The intervention of the buffer battery 2 has the purpose of extending the autonomy of the vehicle also through the intervention of a photovoltaic module located on the roof of the vehicle V. In normal operation conditions, the buffer battery 2 ensures correct power supply. of secondary circuits.

Come accennato, il modulo fotovoltaico 4, fornisce in condizione di luminosità sufficiente, una alimentazione continua al circuito tampone. Per assicurare regolarità e stabilità all’approvvigionamento di energia elettrica, tra il modulo fotovoltaico 4 e la batteria 2 del circuito tampone, à ̈ inserito un regolatore di carica 6. Il modulo fotovoltaico 4, consente di caricare costantemente la batteria tampone assicurando una disponibilità di energia, maggiore al fabbisogno reale. Questa “maggior carica†, come già accennato, à ̈ utilizzata ogni qual volta il sistema risente di una riduzione di energia elettrica. E’ previsto che il veicolo V sia dotato di moduli fotovoltaici di ultima generazione, ossia pannelli in grado di generare energia non solo quando investiti direttamente dal fascio di luce, ma anche quando, quest’ultima genera solo calore. I moduli fotovoltaici 4 sono annegati all’interno della struttura superiore del tetto di protezione del veicolo elettrico V. As mentioned, the photovoltaic module 4 supplies, in conditions of sufficient brightness, a continuous power supply to the buffer circuit. To ensure regularity and stability of the electricity supply, a charge regulator 6 is inserted between the photovoltaic module 4 and the battery 2 of the buffer circuit. of energy, greater than the real needs. This â € œhigher chargeâ €, as already mentioned, is used whenever the system is affected by a reduction in electricity. Vehicle V is expected to be equipped with latest generation photovoltaic modules, ie panels capable of generating energy not only when directly hit by the beam of light, but also when the latter generates only heat. The photovoltaic modules 4 are embedded inside the upper structure of the protective roof of the electric vehicle V.

Il modello di impianto, qui descritto, prevede necessariamente, al fine di non danneggiare la batteria tampone 2 quando in condizione di massima carica, un regolatore di carica 6, essendo la sua tensione generalmente inferiore alla tensione prodotta dal modulo fotovoltaico 4. Il regolatore di carica impiegato à ̈ del tipo ON-OFF, cioà ̈ consente la connessione e la disconnessione del modulo fotovoltaico dalla batteria. Pertanto, in condizione di batteria tampone carica, il regolatore di carica 6 cortocircuita il modulo fotovoltaico 4. The system model described here necessarily provides, in order not to damage the buffer battery 2 when in a fully charged condition, a charge regulator 6, since its voltage is generally lower than the voltage produced by the photovoltaic module 4. The The charge used is of the ON-OFF type, that is, it allows the connection and disconnection of the photovoltaic module from the battery. Therefore, when the buffer battery is charged, the charge controller 6 short-circuits the photovoltaic module 4.

Per impedire che la batteria tampone 2 si scarichi in senso contrario, in caso di scarsa insolazione, ossia ceda carica al modulo fotovoltaico 4, Ã ̈ previsto un dispositivo di isolamento che permette di ridurre le perdite. In order to prevent the buffer battery 2 from discharging in the opposite direction, in the event of poor insolation, that is, it transfers charge to the photovoltaic module 4, an isolation device is provided to reduce losses.

La gestione delle batterie 1 e 2 avviene attraverso un interruttore pilotato, ovvero un relà ̈ 5 comandato dalla tensione della batteria tampone 2. Quando tale tensione scende sotto un valore prefissato (batteria scarica) il relà ̈ 5 commuta come mostrato in figura 2 permettendo di alimentare il circuito utenze secondarie con la batteria principale e nel contempo permette la ricarica della batteria tampone tramite irraggiamento solare ove possibile. The management of batteries 1 and 2 takes place through a controlled switch, that is a relay 5 controlled by the voltage of the buffer battery 2. When this voltage drops below a predetermined value (low battery), the relay 5 switches as shown in figure 2 allowing to power the secondary user circuit with the main battery and at the same time allows the buffer battery to be recharged by solar radiation where possible.

Quando la tensione della batteria tampone 2 risale a causa della carica completa, il relà ̈ 5 commuta nuovamente separando i circuiti e permettendo il funzionamento indipendente delle utenze primarie e quelle secondarie. When the voltage of the buffer battery 2 rises due to full charge, the relay 5 switches again, separating the circuits and allowing the independent operation of the primary and secondary users.

L’impianto à ̈ destinato principalmente ad autoveicoli destinati alla circolazione in aree private ed, in particolare, ad un autoveicolo suddiviso in due moduli: The system is mainly intended for motor vehicles intended for circulation in private areas and, in particular, for a motor vehicle divided into two modules:

- Modulo abitacolo; - Interior module;

- Modulo telaio trazione; - Traction frame module;

Questa interpretazione funzionale consente di sfruttare al massimo lo spazio per le batterie di trazione e per il sistema propulsivo, consentendo allo stesso tempo modularità e flessibilità di utilizzo. Il telaio del veicolo sarà unico e progettato in modo da favorire personalizzazioni della scocca in virtù dell’utilizzo necessario al cliente finale che potrà così disporre di una macchina a trazione elettrica in grado di soddisfare molteplici esigenze. Il concetto di modularità permette, con semplici interventi, di trasformare un autoveicolo da auto per il trasporto bagagli ad auto per pulizia. This functional interpretation allows to make the most of the space for the traction batteries and for the propulsion system, allowing at the same time modularity and flexibility of use. The chassis of the vehicle will be unique and designed in such a way as to favor customization of the body by virtue of the use necessary for the end customer who will thus be able to have an electrically driven machine capable of satisfying multiple needs. The concept of modularity allows, with simple interventions, to transform a vehicle from a car for transporting luggage to a car for cleaning.

Claims (5)

RIVENDICAZIONI 1. Impianto di alimentazione per un autoveicolo a trazione elettrica comprendente una batteria principale (1), una batteria tampone (2), un modulo fotovoltaico (4), un display (3), un regolatore di carica (6), un relà ̈ (5), in cui l’alimentazione di energia elettrica al motore ed alle utenze principali, à ̈ fornita esclusivamente dalla batteria principale (1) e, l’alimentazione delle utenze secondarie à ̈ fornita dalla batteria tampone (2), caratterizzato dal fatto che in presenza di insufficiente carica della batteria tampone (2), un relà ̈ (5) provvede a commutare l’alimentazione, di detto circuito di alimentazione delle utenze secondarie, dalla batteria tampone (2) alla batteria principale (1) e mantenendo tale configurazione fino a che, la medesima batteria tampone (2), si ricarica attraverso l’energia fornita da un modulo fotovoltaico (4) posizionato sul tetto dell’autoveicolo V. CLAIMS 1. Power supply system for an electrically-powered vehicle comprising a main battery (1), a buffer battery (2), a photovoltaic module (4), a display (3), a charge controller (6), a relay (5), in which the power supply to the motor and to the main utilities is supplied exclusively by the main battery (1) and, the power to the secondary utilities is supplied by the buffer battery (2), characterized from the fact that in the presence of insufficient charge of the buffer battery (2), a relay (5) switches the power supply of said power supply circuit of the secondary users, from the buffer battery (2) to the main battery (1) and maintaining this configuration until the same buffer battery (2) is recharged through the energy supplied by a photovoltaic module (4) positioned on the roof of the vehicle V. 2. Impianto di alimentazione per un autoveicolo a trazione elettrica di cui a rivendicazione 1, caratterizzato da un display (3) dal quale à ̈ possibile gestire la velocità dell’autoveicolo V, il programma di trazione, i parametri del modulo di controllo, lo stato di carica delle batterie (1, 2) e l’autonomia residua. 2. Power supply system for an electric traction vehicle as per claim 1, characterized by a display (3) from which it is possible to manage the speed of the vehicle V, the traction program, the parameters of the control module, the state of charge of the batteries (1, 2) and the remaining autonomy. 3. Impianto di alimentazione per un autoveicolo a trazione elettrica di cui a rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le prestazioni dell’autoveicolo ovvero il controllo del sincronismo dei motori e l’erogazione della coppia in funzione degli attriti, sono gestiti da un modulo trazione alimentato dalla batteria principale (1). 3. Fuel system for an electrically-powered vehicle as per the preceding claims, characterized by the fact that the performance of the vehicle, ie the control of the synchronism of the engines and the supply of torque as a function of friction, are managed by a traction module powered by the main battery (1). 4. Impianto di alimentazione per un autoveicolo a trazione elettrica di cui a rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il modulo fotovoltaico (4) può essere di qualsiasi tipo e collocato sia sul tetto del veicolo V sia su qualsiasi altra superficie disponibile del veicolo medesimo. 4. Power supply system for an electrically-powered motor vehicle as per the preceding claims, characterized in that the photovoltaic module (4) can be of any type and located either on the roof of the vehicle V or on any other available surface of the vehicle itself. 5. Impianto di alimentazione per un autoveicolo a trazione elettrica di cui a rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che fra la batteria tampone (2) ed il modulo fotovoltaico (4) à ̈ interposto un regolatore di carica (6) di tipo ON-OFF che cortocircuita il suddetto modulo fotovoltaico (4) ogni qual volta la batteria tampone (2) à ̈ in condizione di massima carica.5. Power supply system for an electric traction vehicle as per the preceding claims, characterized in that an ON-OFF charge controller (6) is interposed between the buffer battery (2) and the photovoltaic module (4) which short-circuits the aforementioned photovoltaic module (4) whenever the buffer battery (2) is in a fully charged condition.
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