ITTO20060690A1 - Dispositivo per l'interconnessione e il controllo di impianti elettrici di un veicolo - Google Patents

Dispositivo per l'interconnessione e il controllo di impianti elettrici di un veicolo Download PDF

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ITTO20060690A1
ITTO20060690A1 IT000690A ITTO20060690A ITTO20060690A1 IT TO20060690 A1 ITTO20060690 A1 IT TO20060690A1 IT 000690 A IT000690 A IT 000690A IT TO20060690 A ITTO20060690 A IT TO20060690A IT TO20060690 A1 ITTO20060690 A1 IT TO20060690A1
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Tadeja Kajtazi
Liborio Tarquinio
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Fiat Auto Spa
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Description

D E S C R I Z ION E
del brevetto per invenzione industriale
di FIAT AUTO S.P.A.
di nazionalità italiana,
con sede in CORSO GIOVANNI AGNELLI, 200
10135 TORINO
Inventori: KAJTAZI Tadeja, TARQUINIO Liborio
<•>k k k ·*·£<■ ■>1⁄2
La presente invenzione è relativa ad un dispositivo per l'interconnessione e il controllo di impianti elettrici di un veicolo, in particolare di un veicolo commerciale .
Come è noto, alcune tipologie di veicoli commerciali quali, ad esempio, camper e ambulanze, sono generalmente dotate di due impianti elettrici distinti: un impianto primario per l'alimentazione delle utenze elettriche del veicolo e un impianto di servizi per
<K>O<iR>MANO<D>GA<BER>l'alimentazione di utenze elettriche di servizio<lllb3} 884'>A<{iitt>o<n>a<scr>o. presenti a bordo del veicolo.
In particolare, l'impianto elettrico primario comprende un insieme di utenze elettriche del veicolo, quali, ad esempio, dispositivi di illuminazione, quadro di bordo, centralina elettronica, ecc., una sorgente di alimentazione elettrica delle utenze del veicolo quando il motore del veicolo è acceso, ossia un alternatore, e una sorgente di alimentazione elettrica delle utenze del veicolo quando queste superano le capacità di erogazione dell'alternatore (es. a motore spento o a bassi regimi di rotazione), ad esempio una batteria primaria , necessaria anche alla funzione di avviamento del motore del veicolo.
L'impianto elettrico dei servizi, comprende invece una pluralità di utenze di servizio quali, ad esempio, televisori, frigoriferi, apparecchiature elettroniche, ecc.. una o più batterie per l'alimentazione delle
{J <3⁄4 utenze di servizio, e almeno un punto di collegamento ad co % c una sorgente elettrica esterna di alimentazione. O _a <≤_ Generalmente, in tale tipologia di veicoli Ω o <Qoai«g l'impianto elettrico primario è collegato all'impianto ;JJ 3⁄4
CCS<;>~ elettrico dei servizi tramite un interruttore comandato
(ad esempio un relè) che resta aperto nel caso in cui il motore del veicolo è spento, e che si chiude quando il motore del veicolo è acceso, ossia quando è in funzione 1'alternatore .
Quando il motore del veicolo è acceso, l'interruttore comandato permette di far fluire l'energia proveniente dall'alternatore sìa verso l'impianto elettrico primario che verso quello dei servizi, in modo tale da alimentare contemporaneamente sia le utenze del veicolo che quelle di servizio e, se necessario, ricaricare la batteria primaria e la
batteria dei servizi.
Quando il motore del veicolo è spento e il veicolo
è collegato ad una sorgente elettrica esterna di
alimentazione a 220 Volt, ad esempio un camper in sosta
collegato ad una presa di corrente messa a disposizione
da un campeggio, le utenze di servizio vengono
alimentate attraverso la sorgente esterna che, se
necessario, ricarica la batteria dei servizi,
solitamente attraverso un apposito caricabatteria.
Quando il motore del veicolo è spento e non si
dispone di sorgenti di alimentazione esterne al veicolo
invece, le utenze del veicolo possono essere alimentate
solamente dalla batteria primaria , mentre le utenze di
servizio possono essere alimentate solamente dalla
batteria dei servizi.
Quando si verifica tale situazione l'alimentazione
O<KiR>M<Q>N<D>AGA<ER B>
delle utenze tende a far diminuire la quantità di carica<}>3<Β 8>Λ<l>b<Ì/>A<1i>n<i>o<ff>Gor<s>c.<l>della batteria primaria e di quella dei servizi, così
che è necessario ricaricare periodicamente entrambe le
batterie in modo tale da disporre sempre della quantità
di energia necessaria al funzionamento di tutte le
apparecchiature elettriche del veicolo.
In particolare, la ricarica delle batterie può
avvenire in maniera nota, o tramite l'alternatore quando il motore del veicolo viene riacceso, in tal caso le batterie si comportano praticamente come un'utenza o, come accennato sopra, tramite una sorgente di alimentazione esterna al veicolo.
Talvolta, tali veicoli commerciali dispongono anche di pannelli solari fotovoltaici installati sul tetto del veicolo e collegati sia all'impianto principale che a quello dei servizi. In tal caso, i pannelli solari, a seconda della radiazione solare e indipendentemente dal fatto che il motore sia acceso o spento, forniscono Ο energia che viene utilizzata sia per l'alimentazione v:3QΓ L:co delle utenze del veicolo che di quelle di servizio che oj z « per la ricarica della batteria primaria che di quella Q ~S di servizio.
La tipologia di impianto sopra descritta, pur permettendo l'alimentazione delle utenze e la ricarica delle batterie, presenta però una serie di svantaggi e problematiche quali:
• l'impossibilità di gestire i flussi di energia fra le diverse sorgenti di alimentazione, le batterie e le utenze del veicolo;
• l'impossibilità di garantire un'efficace e completa ricarica delle batterie dei servizi a causa della gestione separata delle diverse sorgenti di alimentazione utilizzate per la loro ricarica e della caduta di tensione che sì verifica fra 1'alternatore e la batteria dei servizi, che si trova generalmente nella parte posteriore del veicolo e pertanto piuttosto distante dall'alternatore;
· l'impossibilità di garantire un livello controllato di tensione di uscita dell'impianto primario verso l'impianto dei servizi, che si ripercuote sulla ricarica delle batterie di servizi; e
• la difficoltà di ampliare l'impianto attraverso l'installazione di ulteriori sorgenti di alimentazione.
Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo per l'interconnessione e il controllo di impianti elettrici di un veicolo, esente dagli inconvenienti sopra descritti.
Secondo la presente invenzione viene realizzato un dispositivo per l'interconnessione e il controllo di impianti elettrici di un veicolo, come definito nella<K>O<IR>MON<D>AGA<RE B }438l 8bil'>A<i (i>n<tt>o aor<cs>. rivendicazione 1.
Per una migliore comprensione della presente invenzione viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento alla figura allegata nella quale è illustrato uno schema a blocchi del dispositivo di interconnessione e di controllo della presente invenzione.
Nella figura allegata è indicato con 1, e rappresentato con linea tratteggiata, un dispositivo per l'interconnessione e il controllo di impianti elettrici di un veicolo, in particolare un autoveicolo (non illustrato).
Il dispositivo dì interconnessione e di controllo 1 è configurato per interconnettere fra loro:
• un impianto elettrico primario 2 del veicolo, comprendente un motorino di avviamento, un alternatore, un insieme di utenze elettriche del veicolo, quali, ad esempio, dispositivi di illuminazione, quadro di bordo, centralina elettronica, ecc., e una batteria primaria di avviamento (non illustrati in figura);
• una sorgente elettrica di alimentazione a corrente alternata 3 esterna al veicolo, ad esempio una presa AC;
• un impianto elettrico di servizi 4, comprendenteO<KRM N>O<NADA>G<RE E>una pluralità di utenze dì servizio quali, ad esempio, televisori, frigoriferi, apparecchiature elettroniche, ecc.. e una o più batterie di servizi per l'alimentazione delle utenze di servizio;
• una sorgente elettrica di alimentazione 5 di tipo fotovoltaico, ad esempio uno o più pannelli solari; e
• almeno una sorgente elettrica ausiliaria di alimentazione 6 a corrente continua, interna al veicolo, ad esempio una batteria ausiliaria;
e per controllare i flussi di energia fra le sorgenti di energia elettrica a bordo veicolo (alternatore, sorgente esterna AC, pannelli solari), i dispositivi di accumulo (batteria primaria di avviamento, batteria servìzi, eventuali batterie ausiliarie) e le utenze elettriche (carichi principali e di servizio, carichi AC), al fine di ottimizzare l'utilizzo delle diverse sorgenti di energia, garantire una sempre ottimale alimentazione delle utenze e una costante ed efficace ricarica di O ri- «5 o£ co tutti i dispositivi di accumulo.
O~8 A tale scopo, il dispositivo di interconnessione e z <
Q a di controllo 1 comprende: 5 Clil 3⁄4J UJ .3⁄4 • un'interfaccia 7 dell'impianto primario 2 CQ -i (primary electrical System interface 7) per il collegamento di tutti gli elementi dell'impianto elettrico primario 2 del veicolo ossia, del motorino di avviamento, dell'alternatore, della batteria primaria e delle utenze elettriche del veicolo (dispositivi di illuminazione, quadro di bordo, centralina elettronica, ecc .).
• un'interfaccia AC 8 per il collegamento di una sorgente elettrica di alimentazione a corrente alternata 3 esterna al veicolo, ad esempio una presa AC di tipo domestico 230V, 50Hz;
• un'interfaccia 9 dell'impianto dì servizi 4, per il collegamento degli elementi dell'impianto elettrico di servizi 4 ovvero, delle utenze di servizio quali, ad esempio, televisori, frigoriferi, apparecchiature elettroniche, ecc.. e della o, se eventualmente disponibili, delle batterie per l'alimentazione delle utenze di servizio;
• un'interfaccia fotovoltaica 10 per il collegamento di una sorgente elettrica di alimentazione
5 di tipo fotovoltaico, ad esempio uno o più pannelli solari;
• un'interfaccia sorgenti ausiliarie 11 per il O ~S collegamento di una o più sorgenti elettriche ausiliarie 1
UJ3⁄4 di alimentazione 12 a corrente continua, interne al veicolo ad esempio una o più batterie ausiliarie;
• un bus di tensione continua 13, collegato con le interfacce 7,8,9,10 e 11 per l'interconnessione fra l'impianto elettrico primario 3 del veicolo, la sorgente elettrica dì alimentazione a corrente alternata 5 esterna al veicolo, l'impianto elettrico di servizi 4, la sorgente elettrica di alimentazione 5 di tipo fotovoltaico e la/le sorgente/i elettriche ausiliarie di alimentazione 12 a corrente continua, interne al veicolo; e
un'unità elettronica di controllo 14 collegata con le interfacce 7,8,9,10 e 11 e con il bus 13, per il controllo dei flussi di energia fra le sorgenti di alimentazione e le utenze.
In particolare, le interfacce del dispositivo di interconnessione e di controllo 1 sono costituite da dispositivi che consentono la gestione del flusso energetico fra gli elementi dell ' impianto connessi all'interfaccia e il dispositivo 1 e la conversione dei valori di corrente e di tensione degli elementi dell'impianto con valori di corrente e di tensione 9 i<'>compatibili con quelli del dispositivo 1. ≤ c o JS Ad esempio, al fine di garantire un valore costante 5Q2^ di tensione sul bus 13, l'interfaccia 7 dell'impianto o< o a .1 UcaJi h3⁄4 3⁄4— primario 2 e l'interfaccia fotovoltaica 10 possono, ad esempio, essere costituite da un convertitore di tensione continua DC/DC atto a trasformare, rispettivamente, il valore di tensione in uscita dalle sorgenti di energia dell'impianto primario e quello in uscita dai pannelli solari in un valore di tensione prefissato del Bus di tensione 13, ad esempio 14 Volt.
Analogamente, l'interfaccia AC 8 può essere costituita da un convertitore di tensione alternata in tensione continua AC/DC, in grado di convertire la tensione alternata in uscita dalla presa AC in un valore di tensione continua pari a quello prefissato del Bus 13.
Anche l'interfaccia 9 dell'impianto servizi 4 e
l'interfaccia batterie ausiliarie 11 possono essere
costituite da un convertitore di tensione continua
DC/DC. In particolare, il convertitore DC/DC che
realizza l'interfaccia impianto servizi 9 ha il compito
di controllare la tensione di ricarica della batteria
dei servizi, ad esempio mantenendola costante o
variandola in funzione delle temperatura, mentre il
convertitore DC/DC che realizza l'interfaccia batterie
ausiliarie 11 ha il compito sia di controllare la
tensione di ricarica della batteria ausiliarie che di
garantire un livello di tensione di uscita adeguato nel
caso in cui queste vengano utilizzate per alimentare le
utenze di servizio.
In particolare, la gestione dei flussi di energia è
affidata all'unità elettronica di controllo 14, che
misura continuamente la corrente e la tensione di O<RR>M<I>O<NDAGARE B>
<!&38Λlbll>A<'>nr<i>o<{it>ao.c<s>ingresso di ciascuna interfaccia,(la misura dei valori
di tensione e di corrente è rappresentata in figura con
una linea tratto-punto) e, sulla base dei suddetti
valori di corrente e di tensione controlla ciascuna
interfaccia (il controllo delle interfacce è
rappresentato in figura con una linea puntata) e attua
una strategia di controllo dei flussi di energia.
In particolare, l'idea alla base della strategia implementata dall'unità elettronica 14 è quella di controllare i flussi di energia in modo tale da assicurare sempre un livello prestabilito di ricarica della batteria primaria nonché un livello prestabilito di ricarica delle batterie dei servizi ed ausiliarie.
A tale scopo, l'unità elettronica di controllo 14 misura il valore di tensione e di corrente delle sorgenti di energia attualmente disponibili e, sulla base di tali valori e di condizioni ambientali, ad esempio la temperatura delle batterie, controlla le interfacce in modo tale da convogliare verso le batterie dei servizi ed ausiliarie quei flussi di energia provenienti dalle sorgenti di energia più convenienti ad effettuare la ricarica delle batterie dei servizi ed ausiliarie, ad esempio, nell'ordine: pannelli fotovoltaici, sorgente esterna AC, alternatore impianto primario, in modo tale da garantire i livelli di O<RK>M<!>O<D>A<N>G<AER 6 Jlb884ll>A<' (Jitt>no a<r>oc<si>. ricarica prestabiliti delle batterie dei servizi ed ausiliarie senza mai pregiudicare il livello di ricarica prestabilito della batteria primaria.
Ad esempio, se il motore del veicolo è acceso e il veicolo dispone di pannelli solari, l'unità elettronica di controllo 14 convoglia l'energia proveniente dai pannelli solari verso l'impianto dei servizi e le batterie ausiliarie (se disponibili) e l'eventuale
surplus di energia verso l'impianto primario 2,
alleggerendo il carico elettrico dell'alternatore. In
questo modo viene ottimizzata sia l'alimentazione delle
utenze che la ricarica della batteria primaria e delle
batterie dei servizi ed ausiliarie.
Oppure, ad esempio, nel caso in cui:
• il motore del veicolo è spento,
• il dispositivo 1 è collegato ad una sorgente
esterna di alimentazione a corrente alternata, e
• il veicolo dispone di pannelli solari collegati
al dispositivo 1 che forniscono attualmente 80W di
potenza,
supponendo che le utenze dell'impianto dei servizi
richiedano 100W di potenza, l'unità elettronica di
controllo 13 controlla:
• 1'interfaccia fotovoltaica 10 in modo tale da
<K>O M<R>ON<ìD>AGA<ER B>
convogliare gli 80 W di potenza attualmente forniti dai<b>3<8Ì>8<}>4<'>A<(iiìi>t noo a<s>c<r>. pannelli solari verso le utenze di servizio, e
· l'interfaccia sorgente esterna 8 in modo tale da
convogliare una parte dell'energia fornita dalla presa
AC (nell'esempio i restati 20W richiesti) verso le
utenze di servizio, e la restante energia fornita dalla
presa AC verso le eventuali utenze attive del veicolo e
la batteria primaria e le batterie dei servizi e quelle ausiliarie in modo tale da effettuarne la ricarica.
Oppure, nel caso in cui l'unità elettronica di controllo 14 misuri un valore di tensione di uscita della batteria primaria inferiore ad un valore di soglia prefissato non sufficiente ad alimentare le utenze del veicolo, l'unità elettronica di controllo 14 controlla le interfacce di tutte le sorgenti di energia attualmente disponibili in modo tale da convogliare l'energia attualmente disponibile verso l'impianto primario in modo da ricaricare la batteria primaria nel modo più efficace per garantirne la funzionalità.
Inoltre, l'unità elettronica di controllo 14 è configurata per controllare le interfacce 7,8,9,10 e 11 e gestire i flussi di energia in modo tale da ricaricare la batteria dei servizi e alimentare le utenze di servizio in condizioni di motore acceso con alternatore in funzione e in mancanza di sorgente fotovoltaica.
<K>O M<IR>NOA<D>AG<RE É>
Da un esame delle caratteristiche del dispositivo<jBlb 8>4<ll'>A<i (>r<i>n<it>o a-oc<s>. per l'interconnessione e il controllo di impianti elettrici di un veicolo realizzato secondo la presente invenzione, sono evidenti i vantaggi che essa consente di ottenere.
In particolare, il dispositivo dell'invenzione consente :
· una gestione ottimizzata delle batterìe servìzi ed ausiliarie in modo da migliorarne la durata di vita;
• la gestione dell'ingresso fotovoltaico in modo da indirizzare sempre l'energia disponibile verso l'utenza che ne ha maggiormente bisogno, intendendo per utenza anche tutte le batterie a bordo veicolo, e massimizzare così i benefici sul bilancio energetico del veicolo grazie anche alla minimizzazione della potenza richiesta all'alternatore e al motore con benefici sui consumi di carburante;
O “3⁄4 · di modulare la ricarica di tutte le batterie a Jv 7?
2 d bordo veicolo seguendo strategie per la massima efficienza di ricarica.
Risulta infine chiaro che al dispositivo per l'interconnessione e il controllo di impianti elettrici di un veicolo qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.
Il dispositivo 1 potrebbe, ad esempio, o prevedere ulteriori interfacce per l'interconnessione di ulteriori tipologie di impianti elettrici o prevedere la possibilità di personalizzare le interfacce in base agli impianti elettrici installati dall'utente.

Claims (6)

  1. R IV E N D I CA Z IO N I 1. Dispositivo (1) per l'interconnessione di un primo impianto (2) elettrico di un veicolo, di un secondo impianto (4) elettrico di detto veicolo e di almeno una sorgente elettrica di alimentazione esterna a detto veicolo (3,5), caratterizzato dal fatto di comprendere una prima interfaccia (7) per il collegamento di detto primo impianto (2) elettrico, una seconda interfaccia (9) per il collegamento di detto secondo impianto (4) elettrico, O o£ ed almeno una terza interfaccia (8,10) per il ≤ O collegamento di detta sorgente elettrica di < a alimentazione esterna (3,5), ed un'unità elettronica di ood ui ,TD controllo (14) la quale è configurata per controllare detta prima (7), seconda (9) e terza interfaccia (8,10) così da implementare una strategia di controllo dei flussi di energia fra detto primo impianto (2) elettrico, detto secondo impianto (4) elettrico e detta sorgente elettrica di alimentazione esterna (3,5) sulla base di condizioni operative di dette prima (7), seconda (9) e terza interfaccia (8,10).
  2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui detto primo impianto (2) elettrico di detto veicolo comprende un motorino di avviamento, un alternatore, un dispositivo primario di accumulo di energia elettrica e almeno un'utenza elettrica di detto veicolo; detta sorgente elettrica di alimentazione esterna (3) a detto veicolo comprende: • una sorgente elettrica di alimentazione a corrente alternata (3) esterna a detto veicolo; e/o • una sorgente elettrica di alimentazione fotovoltaica; e detto secondo impianto (4) elettrico di detto veicolo comprende almeno un'utenza elettrica di servizio e un dispositivo di accumulo di energia elettrica per l'alimentazione di detta utenza elettrica di servizio; e in cui detta strategia implementata da detta unità elettronica di controllo (14) prevede una ripartizione<■>3⁄4 UJ ΙΛ dell'energia fornita da detto alternatore e da detta sorgente elettrica di alimentazione a corrente alternata (3) esterna a detto veicolo e/o da detta sorgente elettrica di alimentazione fotovoltaica fra detto dispositivo primario di accumulo di energia elettrica,<JÌjj>A<1 n>»<g>-detta utenza elettrica di detto veicolo, detta utenza elettrica di servizio e detto dispositivo di accumulo di energia elettrica per l'alimentazione di detta utenza elettrica di servizio, in modo tale da garantire un primo livello prestabilito di ricarica di detto dispositivo primario di accumulo di energia elettrica e un secondo livello prestabilito di ricarica di detto dispositivo di accumulo di energia elettrica per l'alimentazione di detta utenza elettrica di servizio.
  3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2 in cui detta unità elettronica di controllo (14) è configurata per implementare detta strategia di controllo di detti flussi in funzione della temperatura di detto dispositivo primario di accumulo di energia elettrica e della temperatura di detto dispositivo di accumulo di energia elettrica per l'alimentazione di detta utenza elettrica di servizio.
  4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3 comprendente inoltre mezzi di trasmissione di energia elettrica (12) collegati con dette prima, seconda e terza interfaccia (7,8,10) e configurati per trasmettere l'energia fornita da detto alternatore e l'energìa fornita da detta sorgente elettrica di alimentazione a corrente alternata (3) esterna a detto veicolo e/o G<BER>A<D>ON<IRK>A MO l'energia fornita da detta sorgente elettrica di<l (ibi>r<ì1>A<I 8Bt3t4lc>o<s>ao n. alimentazione fotovoltaica a detto dispositivo primario dì accumulo di energìa elettrica, detta utenza elettrica di detto veicolo, detta utenza elettrica di servizio e detto dispositivo di accumulo di energia elettrica per l'alimentazione di detta utenza elettrica di servizio.
  5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, in cui dette prima, seconda e terza interfaccia (7,8,10) sono configurate per convertire un valore di tensione elettrica presente al loro ingresso in un valore di tensione prefissato necessario per il funzionamento di detti mezzi di trasmissione di energia elettrica (12).
  6. 6. Veicolo comprendente un dispositivo (1) per l'interconnessione di un primo impianto (2) elettrico di un veicolo, di un secondo impianto (4) elettrico di detto veicolo e di almeno una sorgente elettrica dì alimentazione esterna a detto veicolo (3,5) come definito nelle rivendicazioni da 1 a 5. p.i.: FIAT AUTO S.P.A. BERGÀPANO MIRKO (iscrìto all'Albo n, 84381
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