ITMO20130267A1 - Caricabatterie per veicoli elettrici - Google Patents

Caricabatterie per veicoli elettrici

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Description

Descrizione di Breveto per Invenzione Industriale avente per titolo:
“ C ARICABATTERIE PER VEICOLI ELETTRICI”.
DESCRIZIONE
E’ noto, nei comuni circuiti di conversione AC/DC di una certa potenza, lutilizzo di due stadi collegati tra loro.
Il primo stadio è il PFC (Power Factor Correction) in ingresso, con il compito di prelevare dalla rete una corrente il più possibile sinusoidale e in fase con la tensione di ingresso, in modo da assorbire il massimo di potenza attiva senza tuttavia richiedere alla rete picchi di assorbimento legati alle capacità eletrolitiche.
Il PFC fornisce generalmente una tensione continua costante e stabilizzata allo stadio successivo.
Il secondo stadio è costituito da un DC/DC converter che, prelevando la tensione fornita dal PFC, fornisce in uscita una tensione continua, variabile o fissa a seconda delle richieste dell’utente, realizzando contemporaneamente il necessario isolamento galvanico tra tensione di rete e uscita.
La struttura tipica intrinseca del PFC non prevede isolamento galvanico e, proprio per la tipologia adottata, non può fornire in uscita una tensione inferiore al valore di picco della tensione di ingresso raddrizzata. Considerando la tensione europea di 230 Volt nominali con le relative tolleranze generalmente pari a 15/ -20 %, si desume che, con tensione di ingresso pari a 230V+15% - 265 V a cui corrisponde un valore di picco di 265x1,41- 374 Volt, la tensione stabilizzata fomibile dal PFC non potrà essere minore di circa 275 Volt trascurando le varie perdite presenti nel circuito.
E’ questo il motivo per cui, nei circuiti di conversione sopra citati, la tensione di uscita del PFC viene generalmente fissata tra i 275 e i 280 Volt o a valori sufficientemente vicini.
In questo modo si ha la certezza di un corretto funzionamento di questo stadio nell’intera gamma di tensione di ingresso, senza che in corrispondenza vi siano apprezzabili variazioni della tensione di uscita. Lo stadio DC/DC che è a valle del PFC viene quindi alimentato generalmente da questa tensione fissa e stabilizzata.
Nei moderni circuiti con tipologia risonante, il massimo dell’efficienza si ottiene facendo lavorare lo stadio in un punto ben preciso detto di risonanza che è strettamente legato dal rapporto di tensione ingresso/uscita in base al dimensionamento del circuito stesso.
In pratica è possibile certamente ottimizzare l’efficienza anche a valori molto elevati se sia tensione di ingresso che tensione di uscita sono fissi. Ora, la tensione di ingresso risulta fissa e garantita dal PFC ma, nel caso la tensione di uscita debba variare, si presenta una perdita di efficienza dello stadio costretto a lavorare fuori risonanza.
Considerando in particolare i caricabatteria utilizzati per i veicoli elettrici, si ha che la tensione di uscita di questi dispositivi deve garantire un grosso intervallo di variazione a seconda che la batteria sia scarica o completamente carica.
E’ quindi ovvio che, senza particolari accorgimenti, il rendimento di questi dispositivi sarà massimizzato solo nell' del punto di risonanza e penalizzato in tutti gli altri punti relativi ai diversi valori della tensione di uscita.
Una possibile soluzione è quindi quella di variare la tensione di ingresso del convertitore DC/DC in modo da seguire il più possibile le variazioni richieste dall’uscita, facendo in questo modo lavorare il sistema sempre nell’ intorno del punto di risonanza.
Il compito principale della presente invenzione è quello di escogitare un caricabatterie per veicoli elettrici che consenta la regolazione della tensione di uscita all’ interno di un intervallo di lavoro predefinito, senza che questo influisca negativamente sull’efficienza complessiva del caricabatterie stesso.
Altro scopo del presente trovato è quello di escogitare un caricabatterie per veicoli elettrici che consenta di superare i menzionati inconvenienti della tecnica nota nell’ambito di una soluzione semplice, razionale, di facile ed efficace impiego e dal costo contenuto.
Gli scopi sopra esposti sono raggiunti dal presente caricabatterie per veicoli elettrici secondo la rivendicazione 1.
Altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un caricabatterie per veicoli elettrici, illustrata a titolo indicativo, ma non limitativo, nell’unita tavola di disegno, in cui:
la figura 1 è uno schema generale del caricabatterie secondo il trovato.
Con particolare riferimento a tali figure, si è indicato globalmente con C un caricabatterie impiegabile per la carica di batterie di veicoli elettrici.
In particolare, il caricabatterie C comprende:
- un convertitore risonante di tensione DC/DC CONV;
- un circuito correttore di fattore di potenza PFC collegato a monte del convertitore di tensione DC/DC CONV;
- un circuito controllore PFC CNTR operativamente collegato al circuito correttore PFC ed atto a pilotare il circuito correttore stesso per la correzione del fattore di potenza e per la fornitura in uscita di una tensione continua e stabilizzata VPFC·
- In particolare, il convertitore di tensione DC/DC CONV è costituito da un convertitore DC/DC con tecnologia LLC risonante.
Vantaggiosamente, il caricabatterie C comprende inoltre una linea di retroazione L collegata all’uscita del convertitore di tensione DC/DC CONV e ad un ingresso del circuito controllore PFC CNTR.
In particolare, il circuito controllore PFC CNTR è atto a pilotare il circuito correttore PFC, in modo da poter variare la tensione di uscita VPFCin ingresso al convertitore di tensione DC/DC CONV all’interno di un predefinito intervallo di tensioni, in funzione della tensione VDCOUT in uscita dal convertitore stesso e compatibilmente con la tensione di ingresso di rete VMAINS.
Secondo il presente trovato, e diversamente dai normali circuiti di conversione, tale tensione può quindi essere variata a seconda delle esigenze del convertitore DC/DC e compatibilmente con il valore della tensione di ingresso.
Nel circuito preso in esame a solo titolo dimostrativo, il caricabatteria è collegato ad una batteria ad alta tensione per auto elettrica che è pienamente carica a circa 400 Volt e completamente scarica a circa 280 Volt.
Il rapporto di trasformazione adottato nel DC/DC converter è di 1:1 e quindi, per poter lavorare sempre nel punto di massima efficienza, occorrerebbe che tensione di ingresso e di uscita dello stadio DC/DC fossero il più possibile uguali
Utilmente, il circuito correttore PFC, compatibilmente con la tensione di ingresso VMAINS, è pilotato in modo da variare la tensione di uscita VPFCin ingresso al convertitore di tensione DC/DC CONV tra 280V e 400V, così da garantire una maggiore efficienza del caricabatterie C in finizione del valore della tensione da fornire alla batteria collegata alla sua uscita.
Con riferimento alla particolare forma di attuazione illustrata in figura 1 , il circuito controllore PFC CNTR comprende un primo ingresso collegato all’uscita del convertitore di tensione DC/DC CONV attraverso la linea di retroazione L.
Utilmente, la linea di retroazione L comprende un primo sommatore SUM1, del tipo ad esempio di un sommatore analogico opportunamente configurato, provvisto di un primo ingresso collegato all’uscita del circuito correttore PFC, di un secondo ingresso collegato all’uscita del convertitore di tensione DC/DC CONV e di un’uscita collegata al primo ingresso del circuito controllore PFC CNTR.
Il primo sommatore SUM1 riceve in ingresso la tensione VDCOUT in uscita al convertitore di tensione DC/DC CONV e la tensione VPFCin uscita al circuito correttore PFC e restituisce in uscita una tensione di feedback
VFDB, determinata in funzione delle tensioni VDCOUT e VPFC.
Inoltre, il circuito correttore PFC CNTR comprende un secondo ingresso collegato all’ingresso di detto circuito correttore PFC.
Utilmente, la linea di retroazione L comprende un secondo sommatore SUM2 provvisto di un primo ingresso collegato all’ingresso del circuito correttore PFC, di un secondo ingresso collegato all’uscita del convertitore di tensione DC/DC CONV e di un’uscita collegata al fecondo ingresso del circuito controllore PFC CNTR.
Il secondo sommatore SUM2 riceve in ingresso la tensione VDCOUT in uscita al convertitore di tensione DC/DC CONV e la tensione VMAINS in uscita al circuito raddrizzatore R e restituisce in uscita una tensione di riferimento VREF, determinata in funzione delle tensioni VDCOUT e VMAINS-In pratica, il circuito controllore PFC CNTR controlla la tensione di uscita VPFC del circuito correttore PFC, conoscendo tramite la retroazione anche la tensione di uscita VDCOUT del caricabatterie C, e la regola in modo da renderla il più possibile uguale facendo così lavorare il convertitore sempre nell’ intorno della risonanza.
Il secondo sommatore SUM2 serve a limitare questa regolazione m funzione della tensione di ingresso.
Pertanto, se la tensione di uscita VDCOUTdiminuisce, il circuito controllore PFC CNTR regola la VPFC, diminuendola. Viceversa, se la tensione di uscita VDCOUT aumenta, il circuito controllore PFC CNTR regola la VPFC, aumentandola.
Con riferimento alla particolare forma di attuazione illustrata nelle figure, il caricabatterie C comprende almeno un secondo circuito di controllo DC/DC CONTR operativamente collegato al convertitore di tensione DC/DC CONV.
In particolare, il secondo circuito di controllo DC/DC CONTR comprende un primo ingresso collegato al convertitore di tensione DC/DC CONV, una prima uscita collegata al primo sommatore SUM1 ed una seconda uscita collegata al secondo sommatore SUM2.
Il caricabatterie C comprende, inoltre, il circuito raddrizzatore R collegato a monte del circuito correttore PFC.
Il caricabatterie C comprende, infine, un filtro F collegato a monte di detto circuito raddrizzatore R.
Si è in pratica costatato come il trovato descritto raggiunga gli scopi proposti.
In particolare, si sottolinea il fatto che la regolazione della tensione di uscita del PFC all’interno di un intervallo di lavoro predefinito, preferibilmente tra i 280V ed i 400V consente, compatibilmente con il valore della tensione di ingesso VMAINS; di ottenere un caricabatterie ad efficienza maggiore. Infatti, con valori di rete attorno o minori di quello nominale, è possibile far lavorare il convertitore DC/DC nell’ intorno della risonanza, punto di massima efficienza.

Claims (8)

  1. RIVENDICAZIONI 1) Caricabatterie (C) per veicoli eletrici, comprendente: - almeno un convertitore di tensione (DC/DC CONV); - almeno un circuito corretore di fattore di potenza (PFC) collegato a monte di deto convertitore di tensione (DC/DC CONV); - almeno un circuito controllore (PFC CNTR) operativamente collegato a detto circuito corretore (PFC) ed atto a pilotare detto circuito corretore (PFC) per la correzione del fattore di potenza in deto caricabatterie (C); caraterizzato dal fatto che comprende almeno una linea di retroazione (L) collegata all’uscita di deto convertitore di corrente (DC/DC CONV) e ad almeno un ingresso di deto circuito controllore (PFC CNTR), deto circuito controllore (PFC CNTR) essendo atto a variare la tensione di uscita (VPFC) di deto circuito corretore (PFC) all'interno di un predefinito intervallo di tensioni ed in funzione della tensione di uscita (VDCOUT) di deto convertitore di tensione (DC/DC CONV), al fine di far lavorare deto convertitore di tensione (DC/DC CONV) il più possibile nelPìntomo del punto di massima efficienza.
  2. 2) Caricabatterie secondo la rivendicazione 1, caraterizzato dal fato che detto circuito controllore (PFC CNTR) comprende almeno un primo ingresso collegato all’uscita di detto convertitore di tensione (DC/DC CONV) attraverso detta linea di retroazione (L).
  3. 3) Caricabaterie secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caraterizzato dal fato che detta linea di retroazione (L) comprende almeno un primo sommatore (SUM1) provvisto di un primo ingresso collegato all’uscita di detto circuito correttore (PFC), di un secondo ingresso collegato all’uscita di detto convertitore di tensione (DC/DC CONV) e di un’uscita collegata a detto primo ingresso del circuito controllore (PFC CNTR).
  4. 4) Caricabatterie secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto circuito correttore (PFC CNTR) comprende almeno un secondo ingresso collegato all’ingresso di detto circuito correttore (PFC).
  5. 5) Caricabatterie secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta linea di retroazione (L) comprende almeno un secondo sommatore (SUM2) provvisto di un primo ingresso collegato all’ingresso di detto circuito correttore (PFC), di un secondo ingresso collegato all’uscita di detto convertitore di tensione (DC/DC CONV) e di un’uscita collegata a detto secondo ingresso del circuito controllore (PFC CNTR).
  6. 6) Caricabatterie secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto convertitore di tensione (DC/DC CONV) comprende almeno un convertitore DC-DC.
  7. 7) Caricabatterie secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un secondo circuito di controllo (DC/DC CONTR) operativamente collegato a detto convertitore di tensione (DC/DC CONV).
  8. 8) Caricabatterie secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto secondo circuito di controllo (DC/DC CONTR) comprende un primo ingresso collegato a detto convertitore di tensione (DC/DC CONV), una prima uscita collegata a detto primo sommatore (SUM1) ed una seconda uscita collegata a detto secondo sommatole (SUM2).
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