ITUA20164644A1

ITUA20164644A1 - Apparecchiatura per l'alimentazione in tensione (v) e corrente (i) di un carico elettrico

Info

Publication number: ITUA20164644A1
Application number: ITUA2016A004644A
Authority: IT
Inventors: Daniele Zanichelli
Original assignee: Tecnoelettra S R L
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2017-12-24
Also published as: WO2017221190A1

Description

APPARECCHIATURA PER L’ALIMENTAZIONE IN TENSIONE (V) E CORRENTE (I) DI UN CARICO ELETTRICO

RIASSUNTO

APPARECCHIATURA PER L’ALIMENTAZIONE IN TENSIONE (V) E CORRENTE (I) DI UN CARICO ELETTRICO COMPOSTO DA UNA UTENZA

(LOAD) AD ASSORBIMENTO DI CORRENTE SOSTANZIALMENTE FISSO E UN ACCUMULATORE DI CARICA ELETTRICA (BATTERY

BANK) AD ASSORBIMENTO DI CORRENTE VARIABILE IN FUNZIONE DEL SUO VOLUME EFFETTIVO DI CARICA (CHARGE VOLUME),

DETTA APPARECCHIATURA COMPRENDENDO UN MOTORE A GIRI VARIABILI (ENGINE) E UN ALTERNATORE (PMG) ATTIVATO DAL

DETTO MOTORE ENDOTERMICO (ENGINE), L’APPARECCHIATURA COMPRENDENDO INOLTRE MEZZI DI REGOLAZIONE (RPM

REGULATOR) PER LA REGOLAZIONE DEL REGIME DI GIRI (RPM) DEL DETTO MOTORE ENDOTERMICO (ENGINE) IN MODO DA

GENERARE UNA TENSIONE (VG) IN USCITA DAL DETTO ALTERNATORE (PGM) VARIABILE IN FUNZIONE DEL REGIME DI GIRI (RPM)

DEL DETTO MOTORE (ENGINE).

“APPARECCHIATURA PER L’ALIMENTAZIONE IN TENSIONE (V) E CORRENTE (I) DI UN CARICO ELETTRICO”

CAMPO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione si colloca nel campo tecnico della ricarica di accumulatori di carica quali batterie o accumulatori simili. In particolare, la presente invenzione è relativa a un’apparecchiatura per l’alimentazione in tensione e corrente di un carico elettrico composto da una utenza ad assorbimento di corrente sostanzialmente fisso e un accumulatore di carica elettrica ad assorbimento di corrente variabile (in funzione del suo stato e/o volume effettivo di carica). In dettaglio, la presente invenzione è relativa ad un’apparecchiatura del tipo suddetto, detta apparecchiatura comprendendo un motore (ad esempio endotermico) a giri variabili e un alternatore attivato dal detto motore endotermico, laddove il regime di giri del detto motore è regolato in funzione di una tensione “obiettivo” programmabile dall’utente, detta tensione di “target”.

STATO DELLA TECNICA NOTA

Sono noti nella tecnica esempi in cui motori a regime di giri variabile vengono utilizzati per la ricarica di accumulatori di carica elettrica quali batterie e/o accumulatori simili. Un tipico esempio di utilizzo di un motore a regime di giri variabile (nel caso specifico endotermico, a combustione interna, alimentato a gasolio) per il ripristino (ricarica) di un pacco di batterie (battery pack) è rappresentato nella figura 2.

In particolare, nella figura 2, vi sono rappresentati un motore (diesel engine), un alternatore (PGM) attivato (messo in rotazione) per mezzo del motore in modo da generare una tensione in uscita variabile in funzione del regime di giri (RPM) del detto motore, nonché un carico o utenza (LOAD) ad assorbimento di corrente sostanzialmente fisso, e un pacco di batterie (battery pack) collegato sia al carico che all’alternatore mediante un bus di collegamento comune (DC Bus).

Sono inoltre indicati in figura 2 mezzi (RPM regulator) per la regolazione dei giri del motore e mezzi di rettifica (regulated AVR Rectifier) per la conversione della corrente in ingresso (alternata trifase) in corrente in uscita continua e con basso livello di ripple; in pratica, questi mezzi di conversione sono solitamente costituiti da un sistema integrato che prevede una pluralità di sensori per la misura dei parametri di funzionamento e/o utilizzo (tensione, corrente, temperatura e/o parametri simili) nonché un raddrizzatore ad inverter, e una elettronica di controllo per stabilizzare e regolare la corrente in uscita.

Nel caso del sistema rappresentato in figura 2, il funzionamento tipico e/o standard prevede che, con le batterie sufficientemente cariche, la corrente assorbita dal carico sia fornita appunto dalle batterie, laddove al contrario, in condizioni di carica insufficiente delle batterie, venga avviato il motore per l’alimentazione simultanea sia del carico che delle batterie, e quindi in modo da fornire sia la corrente richiesta (assorbita) dal carico che l’energia necessaria per la ricarica progressiva delle batterie stesse, laddove all’aumentare della carica accumulata nelle batterie corrisponde una diminuzione del regime di giri del motore.

Va peraltro notato che la ricarica di una batteria (o di un sistema di batterie) deve necessariamente avvenire secondo specifiche di ricarica fornite dal costruttore della batteria, laddove al contrario la ricarica di una batteria secondo modalità diverse da quelle specificate dal costruttore può generare danni anche gravi alla batteria quali ad esempio una riduzione della carica accumulabile (e quindi della corrente erogabile), nonché una riduzione della vita totale o complessiva della batteria.

Un esempio di specifiche di ricarica è rappresentato in particolare nella figura 1.

Come schematizzato nella figura 1, un ciclo completo di ricarica comprende diverse fasi, laddove sia la tensione (voltaggio) di carica che la corrente di carica variano a seconda delle varie fasi. È noto infatti che durante la carica di una batteria, a parità di tensione di carica varia la corrente assorbita dalla batteria stessa, in particolare in funzione della carica effettiva della batteria. Il ciclo di carica prevede quindi una prima fase (Tempo = t) in cui la corrente cresce in modo da portarsi al valore di saturazione (25% circa della capacità del pacco batterie in Ah) e la tensione cresce gradualmente fino a raggiungere la tensione ottimale. Nella fase successiva (Tempo = t/2), la tensione rimane costante mentre la corrente di carica decresce, laddove infine, nella terza fase (Floating) la tensione viene mantenuta al valore di equalizzazione mentre la corrente rimane al valore minimo per completare l’equalizzazione della batteria, l’equalizzazione essendo importante per diminuire il fattore di auto scarica delle celle di accumulo e per prolungare la vita delle batterie.

Ovviamente, la curva di carico rappresentata a titolo esemplificativo in figura 1 è da intendersi come relativa ad una batteria particolare, laddove a batterie diverse corrispondono curve di carico altrettanto diverse.

Si evince quindi da quanto riassunto in precedenza la necessità di disporre di sistemi di ricarica il più possibile versatili, e cioè in grado di generare tensioni e correnti compatibili con curve di carico diverse.

Nel sistema secondo l’arte nota rappresentato in figura 2, l’adeguamento delle tensioni e correnti in uscita dall’alternatore alle diverse curve di carico viene ottenuto mediante i suddetti mezzi di conversione.

Senonché, l’uso di regolatori esterni del tipo rappresentato in figura 2 (AVR = automatic voltage regulator) comporta diversi svantaggi e/o controindicazioni. Un primo svantaggio è relativo al fatto che è necessaria una doppia retroazione ad anello chiuso in quanto vanno necessariamente previsti due anelli (Loop) separati di controllo e regolazione dedicati rispettivamente al regime di giri del motore e alla tensione di uscita. Inoltre, è spesso improponibile l’elevato costo del componente convertitore DC/DC per alte correnti di output, laddove l’elevata complessità del componente rettificatore ne compromette l’applicazione a sistemi semplici e/o a basso costo. La complessità del sistema si traduce inoltre in una elevata incidenza di guasti, nonché in un ingombro eccessivo del sistema completo.

DESCRIZIONE DELLA PRESENTE INVENZIONE

È quindi uno scopo della presente invenzione quello di proporre un’apparecchiatura per la ricarica di accumulatori (batterie) che permetta di superare o almeno limitare gli inconvenienti riscontrati nelle apparecchiature secondo la tecnica nota.

In particolare, un primo scopo della presente invenzione è quello di proporre un’apparecchiatura che consenta un contenimento adeguato dei costi, in particolare sia di realizzazione che di gestione, e/o un contenimento altrettanto adeguato dell’ingombro totale dell’apparecchiatura, e/o di limitare la complessità dell’apparecchiatura eliminando, laddove possibile, i componenti più complicati e critici delle apparecchiature secondo l’arte nota, e/o l’affidabilità dell’apparecchiatura diminuendo la probabilità di guasti e quindi semplificando e limitando, almeno indirettamente, gli interventi di manutenzione, e/o di aumentare l’efficienza di conversione dell’apparecchiatura.

In considerazione degli scopi e/o obiettivi riassunti in precedenza, la presente invenzione si basa sulla considerazione generale secondo la quale gli inconvenienti e/o problemi riscontrati nelle apparecchiature secondo l’arte nota possono essere superati o almeno efficacemente limitati utilizzando una sola logica di controllo ad anello chiuso per l’intera apparecchiatura e/o eliminando i componenti più costosi e/o complicati delle apparecchiature secondo l’arte nota e/o sostituendoli con componenti più semplici e meno costosi, e/o eliminando i componenti attivi di regolazione delle apparecchiature secondo l’arte nota, e/o eliminando i componenti meno affidabili e quindi più soggetti a guasti delle apparecchiature secondo l’arte nota, nonché riducendo i passaggi intermedi di conversione.

In considerazione degli inconvenienti riscontrati nelle apparecchiature secondo l’arte nota, nonché degli scopi riassunti in precedenza, la presente invenzione ha per oggetto un’apparecchiatura per l’alimentazione in tensione (V) e corrente (I) di un carico elettrico composto da una utenza (LOAD) ad assorbimento di corrente sostanzialmente fisso e un accumulatore di carica elettrica (Battery BANK) ad assorbimento di corrente variabile in funzione del suo stato e/o volume effettivo di carica (Charge Volume), detta apparecchiatura comprendendo un motore a giri variabili (Engine) e un alternatore (PMG) attivato dal detto motore endotermico (Engine), l’apparecchiatura comprendendo inoltre mezzi di regolazione (RPM regulator) per la regolazione del regime di giri (RPM) del detto motore endotermico (Engine) in modo da generare una tensione (VG) in uscita dal detto alternatore (PGM) variabile in funzione del regime di giri (RPM) del detto motore (Engine), laddove la detta apparecchiatura comprende inoltre primi mezzi di misurazione atti alla misurazione della tensione (VB) presente su di un bus comune alla detta utenza fissa (LOAD) e al detto accumulatore di carica elettrica (Battery Bank), laddove la detta apparecchiatura comprende una scheda elettronica di controllo (TE Controller) collegata sia ai detti primi mezzi di misurazione che ai detti mezzi di regolazione (RPM Regulator), e laddove la detta scheda di controllo (TE Controller) è configurata in modo da comandare la regolazione del regime di giri del detto motore endotermico (Engine) da parte dei detti mezzi di regolazione (RPM regulator) in funzione della differenza tra la detta tensione (VB) presente sul detto bus e una tensione di target.

In pratica, il concetto generale alla base della seguente invenzione è quello secondo il quale, una tensione e/o corrente di target vengono “inseguite”, laddove le dette tensione e/o corrente di target da inseguire sono essenzialmente quelle previste dalle specifiche di ricarica della una o più batterie, e laddove l’inseguimento della tensione e/o corrente di target avviene essenzialmente misurando la differenza tra le dette tensione e/o corrente di target e rispettivamente la tensione e/o corrente applicate (in entrata) alle dette una o più batterie e effettivamente misurate.

In dettaglio, secondo il principio generale alla base della presente invenzione, le tensioni e/o correnti di target potranno essere impostate a seconda dei vari cicli di ricarica, nonché a seconda delle diverse fasi di ogni ciclo, laddove la differenza tra ogni tensione e/o corrente di target e rispettivamente la tensione e/o corrente effettivamente misurata, verrà via via ridotta regolando di conseguenza il regime di giri del motore.

Secondo una forma di realizzazione, la detta scheda elettronica di controllo (TE Controller) è configurata in modo da comandare l’incremento del regime di giri del detto motore endotermico (Engine) da parte dei detti mezzi di regolazione (RPM regulator) quando la differenza tra la detta tensione (VB) presente sul detto bus e la detta tensione di target è maggiore di una soglia (ERROR) predefinita.

Secondo una forma di realizzazione, la detta scheda elettronica di controllo (TE Controller) è configurata in modo da comandare l’incremento del regime di giri del detto motore endotermico (Engine) da parte dei detti mezzi di regolazione (RPM regulator) secondo step di incremento predefiniti.

Secondo una forma di realizzazione, la detta scheda elettronica di controllo (TE Controller) è configurata in modo da permettere l’impostazione e/o modifica da parte di un utente della detta tensione di target.

Secondo una forma di realizzazione, la detta scheda elettronica di controllo (TE Controller) è configurata in modo da permettere l’impostazione da parte di un utente di una pluralità di tensioni di target, e di comandare l’incremento del regime di giri del detto motore (Engine) da parte dei detti mezzi di regolazione (RPM regulator) secondo intervalli temporali variabili quando in ognuno dei detti intervalli temporali predefiniti la differenza tra la detta tensione (VB) presente sul detto bus e una delle dette tensioni di target è maggiore di una soglia (ERROR) predefinita.

Secondo una forma di realizzazione, la detta scheda elettronica di controllo (TE Controller) è configurata in modo da permettere l’impostazione e/o modifica da parte di un utente di una o più delle dette tensioni di target della detta pluralità di tensioni di target.

Secondo una forma di realizzazione, la detta apparecchiatura comprende inoltre secondi mezzi di misurazione atti alla misurazione della corrente (IB) istantanea effettivamente assorbita dal detto accumulatore di carica elettrica (Battery Bank), laddove la detta scheda di controllo (TE Controller) è configurata in modo da subordinare la regolazione del regime di giri del detto motore endotermico (Engine) da parte dei detti mezzi di regolazione (RPM regulator) alla detta corrente (IB) istantanea effettivamente assorbita dal detto accumulatore di carica elettrica (Battery Bank).

Secondo una forma di realizzazione, la detta scheda di controllo (TE Controller) è configurata in modo da comandare il decremento del regime di giri del detto motore endotermico (Engine) da parte dei detti mezzi di regolazione (RPM regulator) in funzione della detta corrente (IB) istantanea effettivamente assorbita dal detto accumulatore di carica elettrica (Battery Bank). Secondo una forma di realizzazione, la detta scheda elettronica di controllo (TE Controller) è configurata in modo da comandare il decremento del regime di giri del detto motore endotermico (Engine) da parte dei detti mezzi di regolazione (RPM regulator) secondo step di decremento predefiniti.

Secondo una forma di realizzazione, la detta apparecchiatura comprende inoltre terzi mezzi di misurazione atti alla misurazione dello stato effettivo e/o volume di carica del detto accumulatore di carica elettrica (Battery Bank), laddove la detta scheda di controllo (TE Controller) è configurata in modo da subordinare la regolazione del regime di giri del detto motore endotermico (Engine) da parte dei detti mezzi di regolazione (RPM regulator) al detto stato di carica effettivo del detto accumulatore di carica elettrica (Battery Bank).

Secondo una forma di realizzazione, la detta scheda di controllo (TE Controller) è configurata in modo da comandare il decremento del regime di giri del detto motore endotermico (Engine) da parte dei detti mezzi di regolazione (RPM regulator) in funzione del detto stato di carica effettivo del detto accumulatore di carica elettrica (Battery Bank).

Secondo una forma di realizzazione, il detto motore è un motore endotermico.

Secondo una forma di realizzazione, detto alternatore (PGM) è un alternatore trifase a magneti permanenti.

Secondo una forma di realizzazione, detta apparecchiatura comprende inoltre un rettificatore (Rectifier) collegato all’uscita del detto alternatore (PGM) per la conversione della corrente alternata (AC) in uscita dal detto alternatore (PGM) in corrente continua (DC).

Secondo una forma di realizzazione, detta apparecchiatura comprende una interfaccia utente per la gestione della detta scheda di controllo (TE Controller).

Eventuali ulteriori forme di realizzazione della apparecchiatura secondo la presente invenzione sono specificate nelle rivendicazioni.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Nel seguito, la presente invenzione verrà chiarita per mezzo della descrizione dettagliata seguente delle forme di realizzazione rappresentate nelle tavole di disegno. La presente invenzione non è peraltro limitata alle forme di realizzazione descritte nel seguito e rappresentate nelle tavole di disegno; al contrario, rientrano nello scopo della presente invenzione tutte quelle varianti realizzative delle forme di realizzazione descritte nel seguito e rappresentate nelle tavole di disegno che risulteranno ovvie a quanti esperti nel campo tecnico. Nelle tavole di disegno:

la figura 1 mostra un esempio di specifiche di ricarica di una batteria;

la figura 2 mostra in forma schematica un’apparecchiatura secondo l’arte nota per la ricarica di una batteria; la figura 3 mostra in forma schematica un’apparecchiatura secondo una forma di realizzazione della presente invenzione per la ricarica di una batteria;

la figura 4 mostra un diagramma relativo a un ciclo di carica eseguibile mediante un’apparecchiatura secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

la figura 5 mostra un diagramma relativo a un ciclo di carica eseguibile mediante un’apparecchiatura secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

la figura 6 mostra un diagramma di flusso relativo a un metodo di ricarica di una batteria secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

la figura 7 mostra un diagramma relativo a un ciclo di carica eseguibile mediante un’apparecchiatura secondo una forma di realizzazione della presente invenzione.

la figura 8 mostra la correlazione tra il volume di carica e la potenza erogata nel caso di un ciclo di ricarica secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

la figura 9 mostra la correlazione nel tempo tra i giri del motore e la potenza erogata durante un ciclo di carica secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

la figura 10 mostra la correlazione tra diverse potenze in gioco durante un ciclo di carica secondo una forma di realizzazione della presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLA PRESENTE INVENZIONE

Nella figura 3 vi è mostrata un’apparecchiatura secondo una forma di realizzazione della presente invenzione. La apparecchiatura comprende in particolare una sorgente di potenza (DIESEL ENGINE), nel caso specifico un motore endotermico alimentato a gasolio di potenza variabile a seconda delle esigenze e/o circostanze, un alternatore PGM, nel caso specifico trifase e a magneti permanenti essendo applicato alla sorgente di potenza, laddove quindi l’attivazione dell’alternatore per mezzo del motore si traduce nella generazione da parte dell’alternatore di una tensione (voltaggio) e una corrente variabili in funzione del regime di giri del motore.

L’apparecchiatura comprende inoltre mezzi di regolazione (RPM REGULATOR) per la regolazione dei giri del motore, composto ad esempio da un attuatore lineare, un sensore di velocità e una scheda elettronica a microprocessore, laddove la composizione effettiva dei mezzi di regolazione, secondo la presente invenzione può variare a seconda delle esigenze e/o circostanze.

Nella apparecchiatura di figura 3 sono inoltre previsti mezzi di controllo (GENSET CONTROLLER) per la gestione e il monitoraggio del motore, ad esempio per la gestione dell’avviamento e dell’arresto del motore e per monitorarne il corretto funzionamento, detti mezzi di controllo potendo ad esempio comprendere, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, una scheda elettronica programmabile a microprocessore dotata di interfaccia utente, strumenti di misura, porte logiche e porte di comunicazione.

Come mostrato in figura 3, l’apparecchiatura secondo la forma di realizzazione della presente invenzione ivi schematizzata comprende una logica di controllo (TE Controller ALGORITHM) prevista allo scopo di tenere conto di tutti i parametri del sistema rilevati dai vari strumenti di misura interconnessi tra di loro (non tutti rappresentati), agendo sul dispositivo di regolazione velocità motore, così permettendo l’erogazione della corretta tensione e corrente di carica alle batterie, vale a dire della tensione e corrente previste dalle specifiche di ricarica.

E infine, l’apparecchiatura comprende un rettificatore, ad esempio un dispositivo tradizionale di conversione della tensione AC in DC senza elettronica di controllo e regolazione integrata.

Ciò detto in merito all’apparecchiatura in quanto tale, la figura mostra inoltre un esempio di utilizzo e/o applicazione dell’apparecchiatura stessa, laddove l’apparecchiatura è applicata a una o più batterie (BATTERY BANK), o in generale a un accumulatore con diverse celle collegate tra loro in serie e/o in parallelo per l’erogazione dei corretti valori di tensione (celle in serie) e di capacità (celle in parallelo), laddove sia l’apparecchiatura che le batterie sono collegate ad una utenza (carico o LOAD) con assorbimento fisso di corrente mediante un BUS comune di collegamento (DC Bus).

Anche nel caso della apparecchiatura rappresentata in figura 3, il funzionamento tipico e/o standard prevede che, con le batterie sufficientemente cariche, la corrente assorbita dal carico sia fornita appunto dalle batterie, laddove al contrario, in condizioni di carica insufficiente delle batterie, venga avviato il motore per l’alimentazione simultanea sia del carico che delle batterie, e quindi in modo da fornire sia la corrente richiesta (assorbita) dal carico che l’energia necessaria per la ricarica progressiva delle batterie stesse, laddove all’aumentare della carica accumulata nelle batterie corrisponde una diminuzione del regime di giri del motore. Ovviamente, nel caso della apparecchiatura di figura 3, il ricarico delle batterie avviene secondo modalità diverse da quelle riassunte in precedenza con riferimento alla figura 2, le modalità di ricarica essendo in particolare chiarite nel seguito per mezzo della descrizione di esempi di cicli di ricarica.

In particolare, nel seguito, per ragioni di chiarezza espositiva, si supporrà che i diversi cicli di carica (descritti a titolo esemplificativo e non limitativo) siano finalizzati alla ricarica di un pacco di batterie secondo le specifiche schematizzate in figura 1, laddove altrettanto ovviamente, la apparecchiatura secondo la presente invenzione si presta ad essere gestita in modo da permettere l’esecuzione di cicli di carica finalizzati alla ricarica di batterie secondo specifiche di carica di tipo qualsiasi.

La figura 4 è relativa in particolare a un ciclo veloce di ricarica che viene attivato per ricaricare le batterie mantenendo al minimo il tempo di funzionamento del generatore. Nel diagramma di figura 4, le varie curve sono relative rispettivamente a:

1. VB: tensione DC bus in volt

2. VG: tensione di generatore in volt

3. IB: corrente di carica batterie in ampere.

Il ciclo di figura 4 (ciclo veloce) viene eseguito per la ricarica di un pacco batterie di 600Ah ponendo come limitazione una corrente di 100A.

Come rappresentato in figura, all'inizio del ciclo di carica la tensione passa da 47V a 51V (valore di aggancio programmabile), laddove poi gradualmente la tensione generatore aumenta.

Alle 11:02 la corrente raggiunge il limitatore impostato a 100A, laddove poi, una volta raggiunta la tensione di equalizzazione (tipico valore 56V), la corrente di carica inizia a scendere verso il valore minimo (30A).

Terminate le 4h impostate per il ciclo il generatore si spegne.

Infine, dopo un ciclo di scarica di 3h circa, il motore viene nuovamente avviato e inizia un altro ciclo di carica. Si evince da quanto sopra riportato che, secondo la presente invenzione, e come anticipato in precedenza, le tensioni e/o correnti indicate dalle specifiche di ricarica vengono prese come tensioni e/o correnti di riferimento (di target), e l’apparecchiatura viene gestita in modo da ottenere sul bus di collegamento che collega l’apparecchiatura alle batterie, tensioni e/o correnti (di carico) via via sempre più prossime a quelle di riferimento.

Ad esempio, e sempre con riferimento alla figura 1, le specifiche di carica in essa riportate indicano che la tensione di carica al tempo t1 deve essere di circa pari a circa 53,5 Volt. Secondo la presente invenzione, al tempo t1 la pressione effettivamente presente sul bus di collegamento viene misurata e confrontata con quella di target (53,5 Volt) e il motore viene gestito in modo da ottenere sul bus una tensione corrispondente a quella di target. Ad esempio, se la tensione misurata è troppo bassa, il regime di giri del motore viene aumentato mentre al contrario, se la tensione misurata è troppo alta, il motore viene rallentato (il regime di giri viene diminuito).

È quindi la scheda di controllo che, sulla base delle differenze tra le tensioni di target e quelle misurate gestisce il regime di giri del motore tramite i mezzi di regolazione (RPM regulator).

Lo stesso dicasi per il tempo t2 indicato in figura 1, nonché per qualsiasi tempo tn individuabile nel ciclo di ricarica, laddove il numero n di “inseguimenti” (in numero di volte in cui la tensione di target e quella misurata vengono confrontate e il regime di giri del motore regolato sulla base del risultato del confronto) è impostabile a seconda delle esigenze e/o circostanze.

La figura 5 è invece relativa a un ciclo “normale” che viene attivato e eseguito per ricaricare le batterie utilizzando il tempo necessario a motore in moto in modo da terminare la corretta fase di equalizzazione delle batterie.

Anche nel caso di figura 5, le curve ivi riportate sono relative rispettivamente a:

1. VB: tensione DC bus in volt

2. VG: tensione di generatore in volt

3. IB: corrente di carica batterie in ampere.

La figura 5 mostra un ciclo normale di carica per un pacco batterie di 600Ah ponendo come limitazione una corrente di 100A.

Come rappresentato, all'inizio del ciclo di carica la tensione passa da 47V a 51V (valore di aggancio programmabile), laddove poi gradualmente la tensione generatore aumenta.

Alle 11:02 la corrente raggiunge il limitatore impostato a 100A, laddove una volta raggiunta la tensione di equalizzazione (tipico valore 56V), la corrente di carica inizia a scendere verso il valore minimo (30A).

Alle 14:48 inizia la fase di equalizzazione completa e, terminate le 8h impostate per il ciclo, il generatore si spegne.

Il diagramma di flusso di figura 6 è esplicativo del concetto generale alla base della presente invenzione riassunto in precedenza.

Come rappresentato in figura 6 (laddove si suppone un carico costante di 3kW in continua collegato al sistema generatore batterie, il carico totale al generatore essendo quindi dato, durante la fase di carica delle batterie, dalla somma IB_carico IL), quando le batterie raggiungono la tensione limite di avviamento del generatore, questo si attiva insieme all'algoritmo di regolazione.

Viene quindi calcolato un setpoint (SETPOINT_TARGET) variabile in base alla programmazione dell'utente (che dipende a sua volta dalle specifiche di ricarica) e alla fase di carica attiva. In particolare, in figura 6:

- SETPOINT_TARGET = 57 durante la fase di equalizzazione - V_BUS = Tensione misurata real-time sul DC bus.

Tramite uscita analogica, viene quindi modificato il setpoint del regolatore giri esterno (SETPOINT_REG) a step programmabili inseguendo il SETPOINT_TARGET variabile in base all'errore ERROR.

- SETPOINT_REG = 0% per ottenere i giri motore minimi - SETPOINT_REG = 100% per ottenere i giri motore massimi Quando il valore assoluto dell'errore tra SETPOINT_TARGET e tensione di riferimento rilevata (V_BUS) è minore di una soglia impostabile il valore dell'uscita analogica si stabilizza quindi il SETPOINT_REG rimane costante.

Il sistema cerca sempre di riportarsi alla condizione di SETPOINT_TARGET ok in base all'errore.

Se l'errore è elevato, l'azione di incremento o decremento di SETPOINT_REG avverrà con frequenza maggiore, laddove diminuendo l'errore la frequenza di incremento o decremento cala proporzionalmente.

In caso di raggiungimento della massima corrente di carica impostabile dall'utente e dipendente dalla capacità di carica del pacco batterie (HIGH_CHARGE_CURRENT), il SETPOINT_REG si autolimita indipendentemente dall'errore. L'azione di incremento viene quindi annullata. Con l'aumentare della tensione la corrente totale richiesta al generatore (carica delle batterie utenza) diminuisce permettendo ai giri motore di aumentare progressivamente per mantenere la corretta tensione sulla sbarra comune in continua V_BUS.

Nella figura 7 è mostrata la dipendenza tra il volume di carica del pacco batterie e la potenza erogata dal generatore per alimentare il carico e contemporaneamente caricare le batterie. La fase di equalizzazione a bassa corrente può essere necessaria per mantenere efficienti le batterie ed estendere la loro vita per il massimo numero di cicli di carica.

Nella figura 8 è invece mostrato l'andamento nel tempo dei giri motore al variare della potenza erogata dal generatore per mantenere la corretta tensione durante il ciclo di carica. Quando la richiesta diminuisce per effetto della carica delle batterie, il generatore rallenta e mantiene la tensione costante.

Si nota come nella quasi totalità del funzionamento del generatore, la terna motore-alternatore-rettificatore lavora nella zona di alta efficienza di conversione sempre maggiore dell'86%. Al contrario, i sistemi tradizionali dichiarano solitamente efficienza di conversione massima pari all'86%.

In figura 9 sono infine mostrate le curve di potenza per il generatore nel caso di tensione costante. Si vede come all'abbassarsi della corrente erogata, i giri necessari per mantenere costante la tensione diminuiscono.

Si è quindi dimostrato per mezzo della descrizione dettagliata precedente delle forme di realizzazione della presente invenzione rappresentate nelle tavole di disegno che la presente invenzione permette di raggiungere gli scopi prefissati. In particolare, l’apparecchiatura secondo la presente invenzione permette un contenimento adeguato dei costi, in particolare sia di realizzazione che di gestione, un contenimento altrettanto adeguato dell’ingombro totale dell’apparecchiatura, nonché di limitare la complessità dell’apparecchiatura eliminando, laddove possibile, i componenti più complicati e critici delle apparecchiature secondo l’arte nota. La presente invenzione permette inoltre di incrementare l’affidabilità dell’apparecchiatura diminuendo la probabilità di guasti e quindi semplificando e limitando, almeno indirettamente, gli interventi di manutenzione, nonché di aumentare l’efficienza di conversione dell’apparecchiatura.

Sebbene l’apparecchiatura secondo la presente invenzione sia stata chiarita in precedenza mediante descrizione dettagliata delle forme di realizzazione dell’apparecchiatura rappresentate nelle tavole di disegno, la presente invenzione non è limitata alle forme di realizzazione descritte in precedenza e rappresentate nelle tavole di disegno. Al contrario, lo scopo della presente invenzione è definito dalle rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura per l’alimentazione in tensione (V) e corrente (I) di un carico elettrico composto da una utenza (LOAD) ad assorbimento di corrente sostanzialmente fisso e un accumulatore di carica elettrica (Battery BANK) ad assorbimento di corrente variabile in funzione del suo volume effettivo di carica (Charge Volume), detta apparecchiatura comprendendo un motore a giri variabili (Engine) e un alternatore (PMG) attivato dal detto motore (Engine), l’apparecchiatura comprendendo inoltre mezzi di regolazione (RPM regulator) per la regolazione del regime di giri (RPM) del detto motore (Engine) in modo da generare una tensione (VG) in uscita dal detto alternatore (PGM) variabile in funzione del regime di giri (RPM) del detto motore (Engine), caratterizzata dal fatto che detta apparecchiatura comprende inoltre primi mezzi di misurazione atti alla misurazione della tensione (VB) presente su di un bus comune alla detta utenza fissa (LOAD) e al detto accumulatore di carica elettrica (Battery Bank), dal fatto che la detta apparecchiatura comprende una scheda elettronica di controllo (TE Controller) collegata sia ai detti primi mezzi di misurazione che ai detti mezzi di regolazione (RPM Regulator), e dal fatto che la detta scheda di controllo (TE Controller) è configurata in modo da comandare la regolazione del regime di giri del detto motore (Engine) da parte dei detti mezzi di regolazione (RPM regulator) in funzione della differenza tra la detta tensione (VB) presente sul detto bus e una tensione di target.
2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, laddove la detta scheda elettronica di controllo (TE Controller) è configurata in modo da comandare l’incremento del regime di giri del detto motore (Engine) da parte dei detti mezzi di regolazione (RPM regulator) quando la differenza tra la detta tensione (VB) presente sul detto bus e la detta tensione di target è maggiore di una soglia (ERROR) predefinita.
3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, laddove la detta scheda elettronica di controllo (TE Controller) è configurata in modo da comandare l’incremento del regime di giri del detto motore (Engine) da parte dei detti mezzi di regolazione (RPM regulator) secondo step di incremento predefiniti.
4. Apparecchiatura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, laddove la detta scheda elettronica di controllo (TE Controller) è configurata in modo da permettere l’impostazione e/o modifica da parte di un utente della detta tensione di target.
5. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 4, laddove la detta scheda elettronica di controllo (TE Controller) è configurata in modo da permettere l’impostazione da parte di un utente di una pluralità di tensioni di target, e di comandare l’incremento del regime di giri del detto motore (Engine) da parte dei detti mezzi di regolazione (RPM regulator) secondo intervalli temporali predefiniti quando in ognuno dei detti intervalli temporali predefiniti la differenza tra la detta tensione (VB) presente sul detto bus e una delle dette tensioni di target è maggiore di una soglia (ERROR) predefinita.
6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 5, laddove la detta scheda elettronica di controllo (TE Controller) è configurata in modo da permettere l’impostazione e/o modifica da parte di un utente di una o più delle dette tensioni di target della detta pluralità di tensioni di target.
7. Apparecchiatura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, laddove la detta apparecchiatura comprende inoltre secondi mezzi di misurazione atti alla misurazione della corrente (IB) istantanea effettivamente assorbita dal detto accumulatore di carica elettrica (Battery Bank), laddove la detta scheda di controllo (TE Controller) è configurata in modo da subordinare la regolazione del regime di giri del detto motore (Engine) da parte dei detti mezzi di regolazione (RPM regulator) alla detta corrente (IB) istantanea effettivamente assorbita dal detto accumulatore di carica elettrica (Battery Bank).
8. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 7, laddove la detta scheda di controllo (TE Controller) è configurata in modo da comandare il decremento del regime di giri del detto motore (Engine) da parte dei detti mezzi di regolazione (RPM regulator) in funzione della riduzione dell’assorbimento in corrente del sistema (LOAD Battery bank) dovuta al completamento della fase di carica del detto accumulatore di carica elettrica (Battery Bank).
9. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 8, laddove la detta scheda elettronica di controllo (TE Controller) è configurata in modo da comandare il decremento del regime di giri del detto motore (Engine) da parte dei detti mezzi di regolazione (RPM regulator) secondo step di decremento predefiniti.
10. Apparecchiatura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 11, laddove il detto motore è un motore endotermico.
11. Apparecchiatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove detto alternatore (PGM) è un alternatore trifase a magneti permanenti.