ITRM20130236A1

ITRM20130236A1 - Sistema di accumulazione e distribuzione di energia elettrica per autotrazione

Info

Publication number: ITRM20130236A1
Application number: IT000236A
Authority: IT
Inventors: Michele Grispini; Giuseppe Lembo; Antonella Marchini; Renato Marica; Alessandro Ortu
Original assignee: Oil & Sun S R L
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2014-10-19

Description

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo:

"SISTEMA DI ACCUMULAZIONE E DISTRIBUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA PER AUTOTRAZIONE"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di accumulazione e distribuzione di energia elettrica per autotrazione e, più precisamente, ad un sistema di accumulazione e distribuzione di energia elettrica per autotrazione del tipo ad isola di ricarica per una molteplicità veicoli elettrici contemporaneamente.

Stato della tecnica

Ad oggi è ampiamente noto l’impiego di mezzi di trasporto che utilizzano per il loro funzionamento un sistema a propulsione elettrica. Se da una parte esistono già da molto tempo mezzi elettrici per il trasporto pubblico di persone, quali filobus, tram, metropolitane e simili, che sono tipicamente collegati ad un sistema di alimentazione tramite reti aeree con fili sospesi, binari o fasce di alimentazione conduttrici per contatti striscianti laterali, da un’altra parte si è manifestata negli ultimi anni la necessità per il trasporto privato di persone di essere dotati di mezzi elettrici. Tale necessità origina dal fatto che sempre più centri abitati presentano misure restrittive ecologiche per il transito di veicolo dotati di motore a combustione.

Per l’autotrazione privata sono stati proposti sul mercato diversi modelli di veicoli o mezzi di trasporto elettrici. Tipicamente, tali veicoli elettrici possono essere variabilmente, e a seconda delle necessità o caratteristiche di progettazione, a 1, a 2, a 3, a 4 o a più ruote. Tutti presentano generalmente un’alimentazione elettrica alimentata con batterie ricaricabili o accumulatori.

Allo scopo è previsto che il veicolo elettrico abbia una determinata autonomia (espressa in distanza e/o velocità), la quale autonomia è determinata dalla durata della alimentazione al motore elettrico e, quindi, dalla durata della carica degli accumulatori.

È stato proposto sul mercato un primo tipo di veicolo elettrico cosiddetto veicolo ibrido, e cioè, è un veicolo che presenta sia una trazione elettrica sia una trazione a motore a combustione. Il motore a combustione fornisce anche la potenza per ricaricare gli accumulatori presenti sul veicolo ibrido.

Secondo un altro tipo di veicolo elettrico presente sul mercato, è previsto che esso sia dotato esclusivamente di trazione elettrica alimentata tramite accumulatori ricaricabili presenti sul veicolo. Tali accumulatori devono essere ricaricati a seguito di un determinato utilizzo espresso in tempo e/o distanza ma comunque in grado di consentire, anche con l’attuale tecnologia degli accumulatori, autonomie di viaggio che superino perlomeno i 100 km di percorrenza.

Attualmente quanto sopra è nella sostanza impossibile, in quanto mancano del tutto i punti di ricarica distribuiti lungo le reti stradali urbane ed extraurbane. Inoltre, le postazioni di ricarica prevedono degli erogatori di energia elettrica o “colonnine” di ricarica che hanno tempi di ricarica di 4-5 ore. Tempi che rendono assai improbabile immaginare che il loro impiego possa avvenire in modo massiccio anche nelle normali stazioni di servizio disposte lungo le strade a lunga percorrenza.

Per la ricarica, è previsto che il veicolo elettrico venga collegato ad una postazione di erogazione di energia elettrica la quale è tipicamente dotata di linea elettrica di alimentazione e tramite opportuno collegamento di un cavo elettrico dotato di presa elettrica amovibile, come la normativa prevede.

Per la ricarica di veicoli elettrici l’International Electrotechnical Commission (IEC) ha recentemente definito la norma CEI EN 61851-1:2012-05(CEI 69-7) che si applica alle apparecchiature per la ricarica di veicoli elettrici stradali, definendo quattro modalità di ricarica adeguati a diversi contesti :

Modalità 1: ricarica lenta in ambienti domestici (6-8 ore);

Modalità 2: ricarica lenta in ambienti domestici e pubblici (6-8 ore);

Modalità 3: ricarica lenta (6-8 ore) o relativamente veloce (da 30 minuti a 1 ora) in ambienti domestici o pubblici; e

Modalità 4: ricarica rapida in luoghi pubblici (5-10 minuti).

Quest’ultima è una ricarica rapida in corrente continua (corrente fino a 200A,400V), con la quale è possibile ricaricare i veicoli in alcuni minuti, il dispositivo di ricarica delle batterie è sempre esterno al veicolo.

Breve descrizione dell’invenzione

Lo scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema di accumulazione e distribuzione di energia elettrica per autotrazione che sia integrato in una stazione ad isola per la distribuzione di energia elettrica ad una molteplicità di veicoli elettrici contemporaneamente e che, presenti la possibilità di utilizzo di energia elettrica proveniente da fonti rinnovabili.

Secondo un primo aspetto della presente invenzione, viene fornito un sistema di distribuzione e di ricarica per autoveicoli elettrici, il quale prevede una stazione dotata di un centro di accumulazione della carica collegato con una rete esterna di alimentazione.

Secondo un secondo aspetto della presente invenzione, viene fornito un sistema di distribuzione e di ricarica per autoveicoli elettrici, il quale prevede una stazione dotata di un centro di accumulazione della carica collegato con una rete di alimentazione di energia rinnovabile.

Secondo un terzo aspetto della presente invenzione, viene fornito un sistema di distribuzione e di ricarica per autoveicoli elettrici, il quale prevede una stazione dotata di un centro di accumulazione al quale sono collegati una molteplicità di “punti di distribuzione” della carica per una rispettiva molteplicità di veicoli elettrici, i punti di distribuzione essendo preferibilmente disposti a "raggiera".

Secondo un quarto aspetto della presente invenzione, viene fornito un sistema di distribuzione e di ricarica per autoveicoli elettrici, il quale prevede una stazione in cui il centro di accumulazione è disposto al di sotto di un piano stradale, e che sia facilmente accessibile dall’esterno grazie alla presenza di una regione centrale di accesso a tutto il centro di accumulazione.

Secondo un quinto spetto della presente invenzione, viene fornito un sistema di distribuzione e di ricarica per autoveicoli elettrici, il quale prevede una stazione in cui il centro di accumulazione è disposto al di sotto del piano stradale, ed è facilmente accessibile per operazioni di manutenzione e sostituzione grazie alla possibilità di rimuovere una copertura del centro di accumulazione realizzata tramite una molteplicità di pannelli amovibili disposti in corrispondenza del piano di calpestio.

Secondo un sesto aspetto della presente invenzione, viene fornito un sistema di distribuzione e di ricarica per autoveicoli elettrici, il quale prevede una stazione in cui è previsto un bacino di alloggiamento del centro di accumulazione, il centro di accumulazione essendo costituito da una molteplicità di unità di accumulazione disposte a settori, ciascuna unità essendo collegata con la rete di alimentazione esterna, e ciascuna unità essendo preposta per l’erogazione di energia elettrica ad almeno un veicolo elettrico tramite un rispettivo erogatore di energia elettrica.

Quindi, la presente invenzione fornisce un sistema di distribuzione e di ricarica per autoveicoli elettrici, sostanzialmente secondo le rivendicazioni annesse.

Descrizione dettagliata della presente invenzione

Verrà ora fornita una descrizione dettagliata di una forma preferita di realizzazione del sistema di distribuzione e di ricarica per autoveicoli elettrici della presente invenzione, data a titolo esemplificativo e non limitativo, facendo riferimento alle figure annesse, in cui:

la figura 1 è una vista in prospettiva schematica che illustra da un lato e dall’alto una stazione di ricarica per autoveicoli elettrici che incorpora il sistema di distribuzione e di ricarica della presente invenzione;

la figura 2 è una vista in prospettiva schematica che illustra da un lato ed in elevazione la stazione di ricarica per autoveicoli elettrici della figura 1;

la figura 3 è una vista in prospettiva schematica che illustra una parte dettagliata della stazione di ricarica per autoveicoli elettrici delle figure 1 e 2;

la figura 4 è una vista in prospettiva schematica dall’alto che illustra la stazione di ricarica per autoveicoli elettrici della figura 1 in una condizione in cui sono stati rimossi alcuni componenti;

la figura 5 è una vista in prospettiva schematica dall’alto che illustra la stazione di ricarica per autoveicoli elettrici della figura 1 in un'altra condizione ed in cui sono stati rimossi tutti i componenti che costituiscono la copertura della stazione;

la figura 6 è una vista in prospettiva schematica dall’alto che illustra il centro di accumulazione della stazione di ricarica per autoveicoli elettrici della figura 1, in cui sono stati rimossi tutti i componenti che costituiscono le coperture della stazione e del piano di calpestio; e

la figura 7 è una vista in prospettiva schematica dall’alto che illustra il bacino di alloggiamento del centro di accumulazione della stazione di ricarica per autoveicoli elettrici della figura 1.

Con riferimento ora alle figure 1 e 2 e 3, viene in esse illustrata una stazione di ricarica per autoveicoli elettrici.

Secondo la presente forma di realizzazione dell’invenzione è prevista una stazione di ricarica per una molteplicità di veicoli elettrici.

La stazione di ricarica comprende una pensilina di forma circolare con una molteplicità di unità di erogazione o erogatori di energia elettrica per ricarica rapida.

Inoltre, è previsto un impianto fotovoltaico per produzione di energia elettrica da destinare alla vendita alle vetture elettriche. L’impianto fotovoltaico può essere disposto sulla stessa pensilina o nelle sue prossimità.

L’impianto fotovoltaico a seconda dell’impiego può essere o non essere connesso alla rete elettrica pubblica. L’energia prodotta dalla fonte rinnovabile viene impiegata dal rifornitore esistente e venduta alle vetture elettriche.

Alternativamente, è previsto comunque il mantenimento del prelievo di energia elettrica dalla rete, ma in caso di sovrapproduzione di energia essa viene accumulata.

Per l’erogazione dell’energia elettrica è prevista la molteplicità di unità di erogazione di energia ciascuna essendo collegata con una rispettiva unità di accumulazione di energia elettrica disposta inferiormente al piano di calpestio (meglio illustrato in appresso).

Ciascuna unità di erogazione di energia elettrica (Fig. 3) essendo preposta per l’erogazione di energia elettrica ad almeno un veicolo elettrico nella maniera per sé già nota, ovvero tramite erogatore dotato di opportuno collegamento di un cavo elettrico con presa elettrica amovibile e scollegabile, come la normativa prevede.

Una forma tipica di unità di erogazione prevede che il dispositivo venga alimentato da un input in trifase 400V CA, mentre l’uscita è in CC a una tensione di 500 V.

Con riferimento ora alle figure 4 e 5, secondo il sistema della presente invenzione è previsto che la stazione comprenda quali mezzi di accumulazione e distribuzione di energia elettrica un centro di accumulazione. Il centro di accumulazione essendo collegato sia alla rete di alimentazione elettrica esterna sia a quella di energia rinnovabile, ed essendo disposto al di sotto di un piano di calpestio della stazione.

Il piano di calpestio comprende una copertura amovibile realizzata tramite una molteplicità di pannelli amovibili e disposti in corrispondenza del piano stradale.

Con particolare riferimento alla figura 5, secondo il sistema di distribuzione e di ricarica della presente invenzione, è previsto che il centro di accumulazione sia accessibile dall’esterno tramite una regione di accesso ricavata in corrispondenza di una regione centrale di detta stazione di ricarica ed attraverso detto piano di calpestio.

Con riferimento ora alla figura 6, viene in essa illustrato il centro di accumulazione del sistema della presente invenzione. Come è possibile intendere nella presente figura, il centro di accumulazione è costituito da una molteplicità di unità di accumulazione disposte a settori, ciascuna unità essendo collegata con la rete di alimentazione esterna.

Inoltre, secondo il sistema di distribuzione e di ricarica della presente invenzione, ciascuna unità di accumulazione è preposta per l’erogazione di energia elettrica ad almeno un veicolo elettrico tramite una rispettiva unità di erogazione di energia elettrica (cfr. Fig. 3).

Secondo il presente sistema di distribuzione e di ricarica, la molteplicità di unità di accumulazione sono disposte a "raggiera" all’interno di una regione di alloggiamento ricavato sotto il piano stradale ed in corrispondenza della stazione di ricarica.

Secondo la presente forma di realizzazione, tutto il sistema di unità di accumulazione è dimensionato per funzionare da buffer per un tempo massimo di sovrapproduzione pari a 4 ore alla potenza di picco dell’impianto fotovoltaico.

Le unità di accumulazione utilizzate possono essere di differente tecnologia disponibile sul mercato. Secondo la presente forma di realizzazione, le unità di accumulazione sono accumulatori sviluppati appositamente per lo storage dell’energia prodotta da impianti a energie rinnovabili. Queste unità sono caratterizzate da elementi modulari da 2 V con capacità elevate di storage, tecnologia OPzS, con piastre tubolari e acido libero, composta con materiali del tutto riciclabili e con una vita in modalità tampone che arriva a 20 anni.

Lo standard di riferimento per questo tipo di accumulatori è la norma IEC 61427 sistemi di accumulo per impianti da fonti rinnovabili.

Con particolare riferimento ora alla figura 7, la regione di alloggiamento della molteplicità di unità di accumulazione disposte a "raggiera" è costituito da una struttura in calcestruzzo realizzata sotto il piano stradale o di calpestio, la struttura essendo conformata a bacino di alloggiamento atto ad accogliere la molteplicità di unità di accumulazione del suddetto centro di accumulazione.

DATI TECNICI

Con riferimento alla forma di realizzazione qui illustrata, verranno ora forniti i dati tecnici di ciascuna unità/apparecchiatura del sistema di accumulazione e distribuzione della presente invenzione.

Unità di erogazione

Permette di raggiungere la massima autonomia del veicolo in soli 20 minuti (ideale per installazioni in stazioni di servizio o dove sia presente l’esigenza di ricarica di flotte aziendali). La stazione ha una potenza massima di ricarica pari a 64 kW, e segue lo standard IEC 61851-1.

Caratteristiche elettriche principali della stazione di ricarica:

Generatore fotovoltaico

Il generatore fotovoltaico è costituito da moduli fotovoltaici policristallini della potenza nominale di 240W, costituiti ciascuno da 60 celle in silicio multicristallino, connesse in serie di 20 celle con relativo diodo di by-pass. Tali celle sono assemblate su cornice in alluminio dotata di asole preforate per il fissaggio, adeguatamente sigillate per evitare penetrazione di umidità e corrosione salina ed altresì dotate di vetro frontale con trattamento antiriflesso superficiale. Il modulo è certificato dal costruttore conforme alla normativa IEC61215 e dotato di isolamento in classe II.

Caratteristiche elettriche principali del modulo (STC)

Convertitore di corrente CC/CA

A valle dei moduli fotovoltaici è installato un inverter, trifase statico senza trasformatore di isolamento, dotato di sistema elettronico di inseguimento di massima potenza (MPPT) e dispositivi di blocco del sistema in caso di avaria della rete di uscita, protezione interna da sovraccarichi e cortocircuiti, avviamento/arresto automatico in presenza di carico minimo.

Esso possiede un grado di protezione IP65, idoneo quindi all’installazione in ambienti esterni. Il dispositivo oltre ad assolvere le funzioni di inverter per impianto fotovoltaico è in grado di gestire una o più unità di accumulazione ed i carichi ad esse collegati. Il modulo di carica degli accumulatori opera come un gestore energetico garantendo l’equilibrio tra la generazione, l’accumulo ed il consumo, collegando il generatore ausiliario in caso di necessità.

Caratteristiche elettriche dell’inverter:

Unità di accumulazione

La capacità necessaria è stata fissata da progetto pari a 4 ore di accumulo dell’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico. Considerando quindi un impianto con potenza nominale pari a 80,64 kWp e una efficienza dell’impianto fotovoltaico pari al 78%, si ottiene una capacità di 250 kWh, dimensionati su un sistema a 24V corrispondono a circa 10.500 Ah e quindi a 4 moduli da 6V con capacità 2750 Ah.

Caratteristiche elettriche principali delle unità di accumulazione

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di distribuzione e di ricarica per una molteplicità autoveicoli elettrici, comprendente una stazione di ricarica per una molteplicità di veicoli elettrici, ed almeno una unità di erogazione per erogare energia elettrica contemporaneamente ad almeno un rispettivo veicolo elettrico, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di accumulazione e distribuzione di energia elettrica collegati con una linea di alimentazione di energia elettrica proveniente da fonte rinnovabile ed una linea esterna di alimentazione di energia elettrica.
2. Sistema di distribuzione e di ricarica per una molteplicità autoveicoli elettrici secondo la rivendicazione precedente, in cui detti mezzi di accumulazione e distribuzione di energia elettrica comprendono un centro di accumulazione della carica collegato con dette una linea di alimentazione di energia elettrica proveniente da fonte rinnovabile ed una linea esterna di alimentazione di energia elettrica.
3. Sistema di distribuzione e di ricarica per una molteplicità autoveicoli elettrici secondo la rivendicazione 2, in cui detto centro di accumulazione è costituito da una o più unità di accumulazione.
4. Sistema di distribuzione e di ricarica per una molteplicità autoveicoli elettrici secondo la rivendicazione precedente, in cui ciascuna unità di accumulazione è preposta per l’erogazione di energia elettrica ad almeno un veicolo elettrico tramite una rispettiva unità di erogazione di energia elettrica.
5. Sistema di distribuzione e di ricarica per una molteplicità autoveicoli elettrici secondo la una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto centro di accumulazione comprende una molteplicità di unità di accumulazione disposte a "raggiera" in detta stazione di ricarica.
6. Sistema di distribuzione e di ricarica per una molteplicità autoveicoli elettrici secondo la una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti 2-5, in cui detto centro di accumulazione è disposto al di sotto di un piano stradale.
7. Sistema di distribuzione e di ricarica per una molteplicità autoveicoli elettrici secondo la una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti 2-6, in cui detto centro di accumulazione è accessibile dall’esterno tramite una regione di accesso ricavata in corrispondenza di una regione centrale di detta stazione di ricarica.
8. Sistema di distribuzione e di ricarica per una molteplicità autoveicoli elettrici secondo la una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti 2-7, in cui detto centro di accumulazione è disposto al di sotto di un piano stradale e comprende una superficie di copertura amovibile realizzata tramite una molteplicità di pannelli amovibili disposti in corrispondenza del piano di calpestio.
9. Sistema di distribuzione e di ricarica per una molteplicità autoveicoli elettrici secondo la una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti 2-8, comprendente inoltre un bacino di alloggiamento di detto centro di accumulazione.
10. Stazione di ricarica per una molteplicità di veicoli elettrici, comprendente un centro di accumulazione disposto al di sotto di un piano di calpestio, il centro di accumulazione essendo costituito da una o più unità di accumulazione, ciascuna unità essendo collegata con una linea di alimentazione di energia elettrica proveniente da fonte rinnovabile ed una linea esterna di alimentazione di energia elettrica, e ciascuna unità essendo preposta per l’erogazione di energia elettrica ad almeno un veicolo elettrico tramite una rispettiva unità di erogazione di energia elettrica.