ITMO20130315A1 - Apparecchiatura per la ricarica di batterie di veicoli elettrici o simili - Google Patents

Apparecchiatura per la ricarica di batterie di veicoli elettrici o simili

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ITMO20130315A1
ITMO20130315A1 IT000315A ITMO20130315A ITMO20130315A1 IT MO20130315 A1 ITMO20130315 A1 IT MO20130315A1 IT 000315 A IT000315 A IT 000315A IT MO20130315 A ITMO20130315 A IT MO20130315A IT MO20130315 A1 ITMO20130315 A1 IT MO20130315A1
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IT
Italy
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cnv
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electric battery
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Cesare Lasagni
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Description

“APPARECCHIATURA PER LA RICARICA DI BATTERIE DI VEICOLI ELETTRICI O SIMILI”.
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un’apparecchiatura per la ricarica di batterie di veicoli elettrici o simili.
E’ noto e comune l’impiego di apparecchiature, generalmente integrate all’interno di un veicolo elettrico, atte a consentire la ricarica delle batterie del veicolo stesso.
Comunemente, come illustrato a titolo esemplificativo in figura 1, tali apparecchiature di tipo noto comprendono un caricabatterie, identificato in figura 1 con la linea L1, collegabile in ingresso ad una linea di alimentazione a corrente alternata AC IN e collegata in uscita ad una batteria elettrica ad alta tensione HVB del veicolo elettrico.
In genere, caricabatterie LI comprende un primo filtro di ingresso FINI, collegabile alla linea di alimentazione, un limitatore di corrente di avviamento LIC (o anche limitatore di “inrush current”), un circuito di correzione del fattore di potenza PFC, un primo convertitore CNV1 del tipo di un convertitore DC/DC, ed un primo filtro di uscita F0UTIcollegato alla batteria ad alta tensione HVB del veicolo elettrico.
Pertanto, il caricabatterie LI è atto ad effettuare la ricarica della batteria elettrica ad alta tensione HVB quando il veicolo stesso è fermo e collegato ad una linea di alimentazione elettrica AC IN.
Inoltre, come illustrato a titolo esemplificativo sempre in figura 1, le apparecchiature di tipo noto comprendono un’ulteriore linea L2 di conversione DC/DC, collegata in ingresso alla batteria elettrica ad alta tensione HVB e collegata in uscita ad una batteria elettrica a bassa tensione LVB del veicolo elettrico.
La linea L2 è atta ad effettuare la ricarica della batteria elettrica a bassa tensione LVB del veicolo elettrico e ad alimentare ulteriori utenze a bassa tensione.
In particolare, il caricabatterie LI e la linea L2 di conversione DC/DC sono attivabili alternativamente per la ricarica, rispettivamente, della batteria elettrica ad alta tensione HVB e della batteria elettrica a bassa tensione LVB e per alimentare ulteriori utenze a bassa tensione.
Nello specifico, la carica della batteria elettrica ad alta tensione HVB mediante il caricabatterie LI avviene quando il veicolo elettrico è fermo ed è collegato alla convenzionale linea di alimentazione elettrica AC IN, mentre la carica della batteria elettrica a bassa tensione LVB e Γ alimentazione di ulteriori utenze a bassa tensione mediante la linea L2 avviene quando il veicolo elettrico è in moto.
In genere, la linea L2 comprende un secondo filtro di ingresso collegato alla batteria elettrica ad alta tensione HVB, un convertitore stepup STU (o convertitore boost), un secondo convertitore CNV2 di tipo DC/DC, ed un secondo filtro di uscita F0UT2collegato alla batteria elettrica a bassa tensione LVB.
Inoltre, le apparecchiature di tipo noto comprendono in genere un’unità di controllo U operativamente collegata al caricabatterie LI ed alla linea L2 di conversione DC/DC ed operativamente collegabile alla centralina del veicolo elettrico attraverso il convenzionale bus CAN del veicolo stesso. Le apparecchiature di tipo noto, tuttavia, sono suscettibili di perfezionamenti volti, in particolare, a ridurne i volumi, i pesi e costi complessivi di realizzazione.
Il compito principale della presente invenzione è quello di ideare un’apparecchiatura per la ricarica di batterie di veicoli elettrici o simili che abbia costi complessivi di realizzazione ridotti.
Altro scopo della presente invenzione è quello di ideare un’apparecchiatura per la ricarica di batterie di veicoli elettrici o simili che abbia un ingombro e/o un peso contenuti.
Gli scopi sopra esposti sono raggiunti dalla presente apparecchiatura 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’apparecchiatura per la ricarica di batterie di veicoli elettrici o simili, illustrata a titolo indicativo, ma non limitativo, nelle unite tavole di disegni in cui:
la figura 1 è uno schema a blocchi generale di un’apparecchiatura di tipo noto per la ricarica di batterie di veicoli;
la figura 2 è uno schema a blocchi generale di un’apparecchiatura secondo il trovato;
le figure 3, 4 e 5 illustrano possibili forme di attuazione di un convertitore DC/DC dell’apparecchiatura secondo il trovato.
Con particolare riferimento alla figura 2, si è indicato globalmente con A un’apparecchiatura per la ricarica di batterie di veicoli elettrici o simili. In particolare, apparecchiatura A è utilizzabile in sostituzione delle apparecchiature convenzionalmente installate a bordo dei veicoli elettrici e provviste di un caricabatterie per la ricarica della batteria elettrica ad alta tensione del veicolo elettrico (o batteria di trazione) e di una separata linea per la ricarica della batteria elettrica a bassa tensione del veicolo stesso e per alimentazione delle utenze a bassa tensione.
L’apparecchiatura A comprende mezzi di conversione AC/DC collegabili in ingresso ad una linea di alimentazione a corrente alternata AC IN e collegati in uscita ad una batteria elettrica ad alta tensione HVB di un veicolo elettrico.
L’apparecchiatura A comprende, inoltre, mezzi di conversione DC/DC collegati in ingresso alla batteria elettrica ad alta tensione HVB e collegati in uscita ad una batteria elettrica a bassa tensione LVB del veicolo elettrico. Vantaggiosamente, nell’apparecchiatura A, i mezzi di conversione AC/DC e i mezzi di conversione DC/DC sono realizzati integrati tra loro e sono attivabili alternativamente per la ricarica, rispettivamente, della batteria elettrica ad alta tensione HVB e della batteria elettrica a bassa tensione LVB e per l’alimentazione delle utenze a bassa tensione.
In particolare, apparecchiatura A comprende un commutatore SW azionabile tra una prima configurazione, in cui è collegato alla linea di alimentazione AC IN, ed una seconda configurazione, in cui è collegato alla batteria elettrica ad alta tensione HVB del veicolo.
Inoltre, apparecchiatura A comprende un unico filtro di ingresso FINcollegato a valle commutatore SW e comune sia ai mezzi di conversione AC/DC che ai mezzi di conversione DC/DC.
Inoltre, apparecchiatura A comprende un unico e condiviso limitatore di corrente di avviamento (cosiddetto limitatore di “inrush current”), indicato in figura 2 con il riferimento LIC e collegato a valle del filtro di ingresso
FIN-Utilmente, l’apparecchiatura A comprende un'unica e condivisa unità di correzione PFC/STU, collegata a valle del limitatore LIC, ed atta ad operare sia come circuito di correzione del fattore di potenza che come convertitore step-up (o convertitore boost).
Vantaggiosamente, l’apparecchiatura A comprende un unico e condiviso convertitore DC/DC, indicato in figura 2 con il riferimento CNV, provvisto di:
- un ingresso collegato all’unità di correzione PFC/STU;
- una prima uscita collegata alla batteria elettrica ad alta tensione HVB;
- una seconda uscita collegata alla batteria elettrica a bassa tensione LVB.
In particolare, il convertitore CNV è di tipo LLC risonante. Non si esclude, tuttavia, l’impiego di differenti tipologie di convertitori.
A titolo esemplificativo, sono illustrate nelle figure 3, 4 e 5 possibili forme di attuazione del convertitore CNV, provvisto di opportuni mezzi di selezione atti ad attivare alternativamente la prima uscita e la seconda uscita.
Non si escludono tuttavia differenti ulteriori forme di attuazione.
Secondo una prima possibile forma di attuazione, illustrata in figura 3, due trasformatori TrHV e TrLV, collegati rispettivamente alla prima uscita ed alla seconda uscita del convertitore CNV, sono collegati in serie tra loro. In particolare, due relè Sw1 e Sw2 o, in alternativa, due interruttori elettronici allo stato solido, cortocircuitano il primario di uno a dell’altro trasformatore TrHV o TrLV a seconda che si necessiti della funzione di caricabatteria o di DC/DC dell’apparecchiatura A.
Il vantaggio di questa configurazione è essenzialmente nell’utilizzo di un solo ponte di semiconduttori P, provvisto di un primo e secondo ramo RI e R2, compreso intero circuito risonante composto dal Lr, Lm e Cr (un solo mezzo ponte nel caso di topologia di questo tipo).
Ulteriore vantaggio è dato dal fatto che nel funzionamento normale di entrambi i trasformatori TrHV o TrLV, uno in alternativa all’altro, non si hanno perdite di eficienza dovute a capacità parassite dei dispositivi che eventualmente dovessero restare collegati.
I relè Swl e Sw2 utilizzati possono essere di tipo comune in quanto vengono azionati solo in assenza di tensione/corrente.
Con riferimento ad una seconda possibile forma di attuazione, illustrata in figura 4, due trasformatori TrHV e TrLV, collegati rispettivamente alla prima uscita ed alla seconda uscita del convertitore CNV, sono collegati in parallelo tra loro.
In particolare, un capo di ciascun trasformatore TrHV e TrLV è collegato in comune con un ramo RI del ponte a semiconduttori.
Due relè Swl e Sw2 o, in alternativa, due interruttori elettronici allo stato solido, collegano il primario di uno a dell’altro trasformatore TrHV e TrLV al secondo ramo R2 del ponte a semiconduttori P a seconda che si necessiti della funzione di caricabatteria o di DC/DC converter.
Il vantaggio di questa configurazione è essenzialmente nell’utilizzo di un solo ponte di semiconduttori P compreso l’intero circuito risonante composto dal Lr, Lm e Cr (un solo mezzo ponte nel caso di topologia di questo tipo).
Inoltre, un ulteriore vantaggio è dato dal fatto che nel funzionamento normale di entrambi i trasformatori TrHV e TrLV, uno in alternativa all’altro, non si hanno perdite di efficienza dovute a capacità parassite dei dispositivi che eventualmente dovessero restare collegati.
I relè Swl e Sw2 utilizzati possono essere di tipo abbastanza comune in quanto vengono azionati solo in assenza di tensione/corrente.
Con riferimento ad una terza possibile forma di attuazione, illustrata in figura 5, sono sempre presenti i due trasformatori TrHV e TrLV, collegati rispettivamente alla prima uscita ed alla seconda uscita del convertitore CNV ed è presente inoltre un ulteriore semiponte a stato solido.
Un capo di ciascun trasformatore TrHV e TrLV è collegato ad un ramo comune RI del ponte a semiconduttori P. Gli altri due capi sono collegati ad altri due semiponti R2, R3 indipendenti.
II ramo RI facente capo ai semiconduttori Q1 e Q2 funziona sempre.
Inoltre, a seconda che si necessiti della funzione di caricabatteria o di DC/DC converter verranno azionati rispettivamente e in alternativa i semiconduttori Q1H e Q2H o i semiconduttori Q1L e Q2L ottenendo nei due casi o la sola funzione di caricabatteria o di DC/DC converter.
Utilmente, l’apparecchiatura A comprende un primo filtro di uscita FOUT1collegato alla prima uscita del convertitore CNV e alla batteria elettrica ad alta tensione HVB.
Utilmente, si nota che nelle preferite ma non esclusive forme di attuazione illustrate nelle figure 3, 4 e 5 i mezzi di selezione della prima e della seconda uscita condividono parte del circuito di conversione del convertitore CNV stesso, dove il circuito di conversione è costituito dal ponte di semiconduttori P e dal circuito risonante.
Inoltre, con riferimento sempre allo schema generale di figura 2, l’apparecchiatura A comprende un secondo filtro di uscita F0UT2collegato alla seconda uscita del convertitore CNV e alla batteria elettrica a bassa tensione LVB e all’alimentazione delle utenze a bassa tensione.
Un’unità di controllo U è operativamente collegabile ad una centralina del veicolo elettrico attraverso il convenzionale bus CAN, ed è atta a pilotare l’apparecchiatura A per effettuare, alternativamente, la carica della batteria elettrica ad alta tensione HVB e della batteria elettrica a bassa tensione LVB e per l’alimentazione delle utenze a bassa tensione.
L’unità di controllo U è operativamente collegata al commutatore SW, al limitatore di corrente di avviamento LIC, all’unità di correzione PFC/STU ed al convertitore CNV.
Utilmente, l’apparecchiatura A comprende un convertitore DC/DC a bassa tensione supplementare, indicato in figura 2 con il riferimento LV CNV, collegato in ingresso all’unità di correzione PFC/STU e collegato in uscita alla batteria elettrica a bassa tensione LVB.
In particolare, il convertitore LV CNV è atto a fornire sulla linea a bassa tensione una potenza massima di 100 watt, ad esempio durante la carica della batteria ad alta tensione HVB, al fine di garantire il corretto funzionamento dell’ apparecchiatura stessa.
Si è in pratica costatato come il trovato descritto raggiunga gli scopi proposti.

Claims (3)

  1. RIVENDICAZIONI 1) Apparecchiatura (A) per la ricarica di batterie di veicoli elettrici o simili, comprendente: - mezzi di conversione AC/DC collegabili in ingresso ad una linea di alimentazione a corrente alternata (AC IN) e collegati in uscita ad una batteria elettrica ad alta tensione (HVB) di un veicolo elettrico; - mezzi di conversione DC/DC collegati in ingresso a detta batteria elettrica ad alta tensione (HVB) e collegati in uscita ad una batteria elettrica a bassa tensione (LVB) di detto veicolo elettrico; - in cui detti mezzi di conversione AC/DC e detti mezzi di conversione DC/DC sono attivabili alternativamente per la ricarica, rispettivamente, di detta batteria elettrica ad alta tensione (HVB) e di detta batteria elettrica a bassa tensione (LVB); caratterizzata dal fatto che detti mezzi di conversione AC/DC e detti mezzi di conversione DC/DC comprendono un unico e condiviso convertitore DC/DC (CNV), provvisto di un ingresso collegabile alternativamente a detta linea di alimentazione (AC IN) e a detta batteria elettrica ad alta tensione (HVB) e provvisto di una prima uscita collegata a detta batteria elettrica ad alta tensione (HVB) e di una seconda uscita collegata a detta batteria elettrica a bassa tensione (LVB).
  2. 2) Apparecchiatura (A) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che comprende almeno un commutatore (SW) azionabile tra una prima configurazione, in cui detto convertitore DC/DC (CNV) è collegato a detta linea di alimentazione (AC IN), ed una seconda configurazione, in cui detto convertitore DC/DC (CNV) è collegato a detta batteria elettrica ad alta tensione (HVB).
  3. 3) Apparecchiatura (A) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di conversione AC/DC e detti mezzi di conversione DC/DC comprendono un unico e condiviso filtro di ingresso (FIN)· 4) Apparecchiatura (A) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fato che detti mezzi di conversione AC/DC e detti mezzi di conversione DC/DC comprendono un unico e condiviso limitatore di corrente di avviamento (LIC). 5) Apparecchiatura (A) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di conversione AC/DC e detti mezzi di conversione DC/DC comprendono un'unica e condivisa unità di correzione (PFC/STU) azionabile tra una prima modalità, in cui detta unità di correzione (PFC/STU) opera da circuito di correzione del fattore di potenza, ed una seconda modalità, in cui detta unità di correzione (PFC/STU) opera da convertitore step-up. 6) Apparecchiatura (A) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di conversione AC/DC comprendono un primo filtro di uscita (F0UTI)collegato a detta prima uscita del convertitore (CNV) e a detta batteria elettrica ad alta tensione (HVB). 7) Apparecchiatura (A) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di conversione DC/DC comprendono un secondo filtro di uscita (F0UTI) collegato a detta seconda uscita del convertitore (CNV) e a detta batteria elettrica a bassa tensione (LVB). 8) Apparecchiatura (A) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caraterizzata dal fato che comprende almeno un’unità di controllo (U) operativamente collegata almeno a detto convertitore (CNV) ed operativamente collegabile ad una centralina di detto veicolo elettrico. 9) Apparecchiatura (A) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che comprende almeno un convertitore DC/DC a bassa tensione supplementare (LV CNV) collegato in ingresso a deta unità di correzione (PFC/STU) e collegato in uscita a detta batteria elettrica a bassa tensione (LVB). 10) Apparecchiatura (A) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caraterizzata dal fatto che deto convertitore (CNV) comprende mezzi di selezione ati ad attivare alternativamente detta prima uscita e detta seconda uscita. 11) Apparecchiatura (A) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fato che detti mezzi di selezione condividono parte del circuito di conversione di deto convertitore (CNV). 12) Apparecchiatura (A) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fato che deti mezzi di selezione comprendono almeno due trasformatori (TrHV, TrLV) collegati rispettivamente a detta prima uscita e a deta seconda uscita del convertitore (CNV). 13) Apparecchiatura (A) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fato che comprende almeno due relè (Swl, Sw2) o due interrutori elettronici ati a collegare alternativamente deti primo e secondo trasformatore (TrHV, TrLV) ad un ponte a semiconduttori (P), a seconda che sia necessario attivare detta prima uscita o detta seconda uscita del convertitore (CNV). 14) Apparecchiatura (A) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti due relè (Swl, Sw2) o due interruttori elettronici cortocircuitano il primario del primo o del secondo trasformatore (TrHV, TrLV), a seconda che sìa necessario attivare detta prima uscita o detta seconda uscita del convertitore (CNV). 15) Apparecchiatura (A) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che un capo di ciascun trasformatore (TrHV, TrLV) è collegato in comune con un primo ramo (RI) del ponte a semiconduttori (P), e dal fatto che detti due relè (Swl, Sw2) o due interruttori elettronici, collegano alternativamente detto primo o secondo trasformatore (TrHV, TrLV) a un secondo ramo (R2) di detto ponte a semiconduttori (P), a seconda che sia necessario attivare detta prima uscita o detta seconda uscita del convertitore (CNV). 16) Apparecchiatura (A) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che un capo di ciascun trasformatore (TrHV, TrLV) è collegato ad un primo ramo comune (RI) del ponte a semiconduttori (P) e dal fatto che gli altri due capi di ciascun trasformatore (TrHV, TrLV) sono collegati rispettivamente ad un secondo e terzo semiponte (R2, R3) del ponte a semiconduttori (P) tra loro indipendenti, essendo attivabili alternativamente i semiconduttori (Q1H, Q2H) del secondo semiponte (R2) o i semiconduttori (Q1L, Q2L) del terzo semiponte (R3) a seconda che sia necessario attivare detta prima o seconda uscita del convertitore (CNV).
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