ITVI20100070A1 - Impianto per il rifornimento di energia di veicoli a trazione elettrica - Google Patents

Description

IMPIANTO PER IL RIFORNIMENTO DI ENERGIA

DI VEICOLI A TRAZIONE ELETTRICA

La presente invenzione si riferisce genericamente ad un impianto per il rifornimento di energia di veicoli a trazione elettrica.

Più in particolare, l’invenzione riguarda un impianto di rifornimento di energia, installabile per esempio in ambito domestico, per veicoli a trazione elettrica, nel quale la fonte di energia à ̈ un generatore fotovoltaico connesso alla rete elettrica a bassa tensione.

L’invenzione riguarda altresì un relativo sistema di analisi e registrazione dei flussi di energia per la misura e la contabilizzazione dell’energia risparmiata nell’esercizio del veicolo elettrico, rispetto ad un veicolo di equivalenti prestazioni alimentato con combustibile fossile.

L’automobile elettrica à ̈ caratterizzata da una elevata efficienza energetica nello sfruttamento della energia; ne consegue che una delle sinergie ottimali con l’automobile elettrica à ̈ l’abbinamento con sistemi di generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili, utilizzabili per la carica delle batterie, quali, in particolare, sistemi di generazione fotovoltaici.

Scopo della presente invenzione à ̈ infatti quello di realizzare un impianto per il rifornimento di energia di veicoli a trazione elettrica, che consenta di ottimizzare la gestione del rifornimento di energia, per esempio di auto elettriche.

Altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un impianto per il rifornimento di energia di veicoli a trazione elettrica, che possa essere installato in ambito domestico.

Altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un impianto per il rifornimento di energia di veicoli a trazione elettrica, in cui la fonte di energia per la ricarica della batteria à ̈ costituita da un generatore fotovoltaico connesso alla rete elettrica a bassa tensione.

Ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un impianto per il rifornimento di energia di veicoli a trazione elettrica, che preveda altresì un sistema di misura e contabilizzazione dell’energia risparmiata nell’esercizio del veicolo elettrico, rispetto ad un veicolo di equivalenti prestazioni alimentato con combustibile fossile.

Questi ed altri scopi, secondo la presente invenzione, sono raggiunti realizzando un impianto per il rifornimento di energia di veicoli a trazione elettrica, secondo la rivendicazione 1 allegata.

Altre caratteristiche tecniche di dettaglio sono descritte nelle rivendicazioni successive.

In modo vantaggioso, l’impianto di rifornimento oggetto dell’invenzione consente di contabilizzare con precisione i bilanci energetici di un impianto fotovoltaico abbinato ad un sistema di ricarica di un veicolo a trazione elettrica (e, in particolare, di una automobile elettrica) e ad un sistema di gestione delle utenze elettriche domestiche, ottimizzando la gestione dell’energia disponibile per il funzionamento delle suddette utenze elettriche domestiche.

Inoltre, l’impianto consente di realizzare un sistema di alimentazione di emergenza delle utenze domestiche in caso di black-out, sfruttando la batteria del veicolo a trazione elettrica, nonché di realizzare un sistema che integra la potenza di picco necessaria per far funzionare tutte le utenze domestiche anche contemporaneamente, oltre i limiti contrattuali di fornitura, utilizzando l’energia eventualmente disponibile nella batteria del veicolo.

Infine, l’impianto di rifornimento in questione permette di gestire l’esercizio e la ricarica di un insieme di veicoli elettrici, mediante una pluralità di erogatori di energia domestici, tutti collegati in rete tra loro, mediante un opportuno sistema telematico che consente la gestione centralizzata delle misurazioni e la ripartizione degli addebiti in proporzione ai consumi reali e alle definizioni contrattuali, in modo anche differenziato per ogni singolo utente.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi di un impianto per il rifornimento di energia di veicoli a trazione elettrica, secondo la presente invenzione, risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione che segue, relativa ad una sua forma di realizzazione esemplificativa e preferita, ma non limitativa, e dai disegni annessi, in cui:

- la figura 1 mostra un primo schema a blocchi dell’impianto di rifornimento dell’energia per veicoli a trazione elettrica, secondo la presente invenzione, che mostra i dispositivi esterni relativi al sistema di generazione, carica e misura applicato ad un’auto elettrica ed al generatore fotovoltaico;

- la figura 2 mostra un secondo schema a blocchi dell’impianto di rifornimento dell’energia per veicoli a trazione elettrica, comprendente il sistema di generazione, carica e misura applicato ad un’auto elettrica, in una versione che integra una funzionalità “booster†per la gestione delle utenze domestiche, secondo la presente invenzione; - la figura 3 mostra uno schema a blocchi di un veicolo a trazione elettrica e, in particolare, di un’auto elettrica, che mette in evidenza una applicazione di misura e contabilizzazione dell’energia risparmiata nell’esercizio dell’auto elettrica ed un sistema di gestione del caricabatteria facenti parte dell’impianto di rifornimento dell’energia per veicoli a trazione elettrica, secondo la presente invenzione;

- la figura 4 mostra uno schema relativo ad una serie di postazioni o distributori (garage) di energia elettrica per la ricarica, collegati ad un centro servizi per la gestione del servizio complessivo di contabilizzazione dell’energia e facenti parte dell’impianto di rifornimento dell’energia per veicoli a trazione elettrica, secondo la presente invenzione;

- la figura 5 mostra uno schema a blocchi di un terminale portatile impiegato nell’impianto per il rifornimento dell’energia di veicoli a trazione elettrica, secondo la presente invenzione;

- la figura 6 mostra uno schema a blocchi di un dispositivo inverter-booster impiegato nell’impianto per il rifornimento dell’energia di veicoli a trazione elettrica secondo l’invenzione; - la figura 7 mostra uno schema a blocchi di un’interfaccia sezionatore-misuratore impiegata nell’impianto per il rifornimento dell’energia di veicoli a trazione elettrica secondo l’invenzione. Con riferimento alle figure menzionate, l’impianto per il rifornimento di energia di veicoli a trazione elettrica, che à ̈ oggetto della presente invenzione, si compone essenzialmente di un misuratore 1 dell’energia di ricarica della batteria del veicolo elettrico (ad esempio un’automobile elettrica 4) dotato di interfaccia radio, alimentato dalla rete elettrica domestica 8 (a sua volta connessa alla rete elettrica pubblica a bassa tensione 7 ed a cui sono collegate le utenze elettriche domestiche 10) e dotato altresì di una presa di alimentazione 2 per la connessione all’auto elettrica 4; l’automobile elettrica 4 integra un misuratore di energia risparmiata o misuratore contarisparmio 5, dotato di interfaccia radio.

L’auto elettrica à ̈ dotata di una spina elettrica 3 per la connessione alla presa di alimentazione 2 per la ricarica.

L’impianto comprende ulteriormente un terminale portatile 6, una serie di moduli fotovoltaici 9, che forniscono energia ad un inverter fotovoltaico 11 dotato di interfaccia radio, una centralina con disgiuntore 12, dotata di interfaccia radio, che gestisce l’erogazione dell’energia dell’impianto fotovoltaico alla rete elettrica pubblica 7 (connettendo e disconnettendo l’impianto secondo le norme tecniche imposte dal gestore della rete medesima), un contatore fiscale 13 dell’energia immessa nella rete elettrica 8 dall’impianto fotovoltaico ed un contatore fiscale 14 dell’energia prelevata dalla rete elettrica pubblica 7.

La figura 2 mostra uno schema a blocchi di un impianto per il rifornimento di energia analogo a quello della figura 1 precedente, con funzionalità booster, comprendente un misuratore 24 dell’energia di ricarica della batteria, dotato di interfaccia radio, alimentato dalla rete elettrica domestica 8 e dotato di presa di alimentazione 16 per la connessione all’automobile elettrica 4, un inverter-booster domestico 15, dotato di interfaccia radio, che può prelevare energia elettrica dalla batteria dell’auto elettrica 4, mediante il connettore a spina 17, per immetterla nella rete elettrica domestica 8.

L’automobile elettrica 4 integra il misuratore contarisparmio 5, con interfaccia radio.

L’auto elettrica à ̈ inoltre dotata di una spina elettrica 19 per la connessione alla sorgente di energia per la ricarica e di una presa elettrica 18 per la connessione della batteria interna all’inverterbooster 15, mentre l’impianto di rifornimento include altresì il terminale portatile 6, la rete elettrica pubblica a bassa tensione 7, le utenze elettriche domestiche 10, collegate alla rete elettrica domestica 8, i moduli fotovoltaici 9, che forniscono energia all’inverter fotovoltaico 11, dotato di interfaccia radio, la centralina con disgiuntore 12, dotata di interfaccia radio, che gestisce l’erogazione dell’energia dell’impianto fotovoltaico alla rete elettrica pubblica 7, connettendo e disconnettendo l’impianto secondo le norme tecniche imposte dal gestore della rete medesima, il contatore fiscale 13 dell’energia immessa nella rete elettrica 8 dall’impianto fotovoltaico, il contatore fiscale 14 dell’energia prelevata dalla rete elettrica 7, un circuito sezionatore-misuratore 30, dotato di interfaccia radio necessaria per sezionare l’impianto elettrico domestico quando si vuole realizzare il funzionamento in isola, secondo cui il generatore fotovoltaico alimenta, insieme all’inverter-booster 15, le utenze domestiche 10 senza che esse siano collegate alla rete elettrica pubblica 7.

Con particolare riferimento alla figura 3 allegata, l’automobile elettrica 4 include:

- una batteria per trazione 36, costituita da un insieme di celle elettrochimiche collegate in serie e/o parallelo per ottenere la potenza necessaria a garantire l’autonomia del veicolo elettrico (la batteria 36 à ̈ utilizzata sia per alimentare l’auto elettrica 4 per la trazione, sia per alimentare eventualmente l’inverter-booster 15, mediante la presa 37, quando l’auto elettrica à ̈ ferma a riposo nell’ambito domestico (per esempio, all’interno di un garage);

- un caricatore intelligente 44 della batteria 36, eventualmente dotato di linea CAN o interfaccia seriale dedicata 35, ed alimentato da una spina 34, collegabile alla presa 2 o 16;

- un convertitore di potenza o inverter 45, a cui à ̈ connesso il pedale acceleratore 20 dell’auto 4 e che à ̈ atto ad alimentare un motore elettrico 46 ed i servizi ausiliari (riscaldamento, luci, ausilio alla frenatura, quadro di controllo, climatizzazione, ecc.) 47 dell’automobile 4, eventualmente tramite una seconda batteria ausiliaria per i servizi (non illustrata nella figura 3 allegata);

- gli organi meccanici 48 per la trasmissione del moto dal motore elettrico 46 alle ruote 49;

- il misuratore contarisparmio 5, dotato di interfaccia radio e di antenna 52 e dei dispositivi di misura 39, 40 e 43;

- il terminale portatile 6.

Con riferimento alla figura 4 allegata, un sistema di distribuzione dell’energia realizzabile mediante l’impianto di rifornimento secondo l’invenzione può essere composto da un insieme di punti o postazioni di erogazione dell’energia (come, per esempio, un insieme di garage) 53, 54, 55, ciascuno dei quali contiene almeno un misuratore 1, 24 dell’energia di ricarica della batteria 36 ed una centralina con disgiuntore 12, dotata di modem GSM/GPRS/UMTS/WI-FI, ed un centro servizi 56, equipaggiato con almeno un modem GSM/GPRS/UMTS/WI-FI 57 ed un personal computer 58, mentre, con particolare riferimento alla figura 5 allegata, ciascun terminale portatile 6 à ̈ composto da un controllore a microprocessore 65, un modem radio GSM/GPRS/UMTS 59, un rice-trasmettitore radio FH-DSSS a 2,4 GHz 64, un insieme di pulsanti 60, un accelerometro 61, un dispositivo di comunicazione a viva voce 62, uno schermo o display grafico 63, un insieme di circuiti di alimentazione e power management 67 ed una batteria ricaricabile 68.

Con riferimento alla figura 6 allegata, l’inverterbooster 15 à ̈ composto da un controllore con DSP 70, un rice-trasmettitore radio FH-DSSS a 2,4 GHz 69, un alimentatore ausiliario 71, un convertitore DC/DC 73, un convertitore DC/AC 74 con uscita controllata in corrente per il collegamento in rete, una interfaccia 75 contenente i filtri e i dispositivi di protezione e sincronizzazione ed un connettore 26 per il collegamento alla batteria 36 dell’auto elettrica 4. Con riferimento alla figura 7 allegata, il circuito misuratore-sezionatore 30 à ̈ composto da un ricetrasmettitore radio FH-DSSS a 2,4 GHz 76, un controllore a microprocessore 77, un alimentatore ausiliario 78, un misuratore di potenza 79, un sezionatore a relà ̈ 80, con il contatto del relà ̈ 84, una batteria ausiliaria 81 ed una coppia di teleruttori 82, 83.

Il funzionamento dell’impianto per il rifornimento di energia di veicoli a trazione elettrica, secondo la presente invenzione, à ̈ sostanzialmente il seguente.

L’automobile elettrica 4 opera regolarmente quando à ̈ in movimento consumando l’energia della batteria 36 per la trazione e durante il movimento dell’auto il misuratore contarisparmio 5 misura, calcola e registra con continuità il risparmio di energia conseguito dall’esercizio dell’auto elettrica 4 rispetto al suo equivalente alimentato con combustibile fossile, in modo che, in qualsiasi momento, l’utilizzatore sia in grado di interrogare il suddetto misuratore contarisparmio 5 mediante il terminale portatile 6 ed avere informazioni in tempo reale sui consumi e sui risparmi di energia.

L’automobile elettrica 4 necessita di essere posta a riposo per i periodici rifornimenti di energia elettrica; in tal caso, l’auto elettrica 4 à ̈ posta nell’ambiente domestico (per esempio, in garage) e collegata mediante la spina 3 o 19 alla presa di rifornimento 2 o 16.

Durante il rifornimento l’energia elettrica à ̈ erogata dal misuratore 1 o 24, che la preleva dalla rete elettrica domestica 8 ed il misuratore 1 o 24 contabilizza altresì la quantità di energia erogata alla batteria 36 dell’auto elettrica 4 e verifica che l’energia erogata dalla presa 2 o 16 coincida con l’energia erogata alla batteria 36 dell’auto 4, scambiando messaggi radio con il misuratore contarisparmio 5, montato a bordo dell’auto 4, il quale, contemporaneamente, misura l’energia immessa nella batteria 36, mediante il sensore 39 e la linea 38, misura l’energia che passa al convertitore di potenza 45, tramite il sensore 40 e la linea 41, nonché la velocità di rotazione delle ruote 49, tramite un odometro o tachimetro 43 connesso alla linea 42.

Il misuratore 1 o 24 contabilizza con precisione l’energia erogata all’auto elettrica 4 per il suo utilizzo e consente quindi di definire nel modo più preciso possibile il costo energetico di utilizzo dell’auto stessa per l’utente.

Nel caso che l’utente, per necessità, utilizzi saltuariamente per la ricarica della batteria 36 prese di energia elettrica diverse dalle prese 2 o 16 del proprio impianto domestico, l’impianto di rifornimento riconosce questa situazione e, in tal caso, il misuratore contarisparmio 5 misura l’energia immessa nella batteria 36 associandola a una diversa presa 2 o 16.

Questo consente all’impianto di addebitare costi differenziati ai diversi eventi di ricarica.

In particolare, in un impianto del tipo rappresentato nella figura 4 allegata, un insieme di postazioni o punti di erogazione dell’energia 53, 54, 55 possono essere frequentati anche da veicoli 4 diversi, ciascuno dei quali si trova in momenti diversi a rifornirsi dall’uno o dall’altro distributore della rispettiva postazione 53, 54, 55.

Poiché ogni misuratore contarisparmio 5 ed ogni misuratore di energia 1 o 24 à ̈ codificato con un proprio indirizzo univoco, l’impianto riconosce ogni diverso utilizzatore e ogni diverso punto di ricarica; in questo modo à ̈ possibile addebitare i consumi in modo differenziato per ogni utente.

E’ quindi anche possibile organizzare una rete di distributori come quella mostrata nella figura 4 allegata, contabilizzando e vendendo l’energia di ricarica ad utenti differenziati tra loro, ciascuno dei quali può accedere a un qualsiasi punto di ricarica; a ciascun veicolo e/o utente 4 à ̈ quindi addebitato il proprio consumo, indipendentemente dal punto di ricarica 53, 54, 55 scelto.

Infatti, ad ogni ricarica, lo scambio di messaggi tra il misuratore contarisparmio 5 ed il misuratore di energia erogata 1 o 24 consente di identificare in modo univoco i due soggetti e di registrare le energie di ricarica nelle rispettive memorie, abbinando a tali valori i codici identificativi relativi, grazie alla connessione radio esistente tra il misuratore 1 o 24 e la centralina 12 dell’impianto dotata di modem.

I dati possono essere trasferiti, mediante un opportuno modem 57, a un data-base remoto ospitato in un personal computer 58, presso un centro servizi 56, che si occupa di gestire le politiche di addebito e/o di fatturazione delle quote di energia consumate dai vari utenti della rete; risulta evidente come sia possibile in questo modo organizzare reti di distribuzione dell’energia decentrate, alle quali possono accedere utenti registrati, i quali, mediante l’impianto descritto, possono usufruire, ciascuno con il proprio profilo personalizzato e differenziato, di un servizio di ricarica, ciascuno pagando il servizio di ricarica secondo quanto à ̈ stato stabilito contrattualmente con il centro servizi 56.

Il misuratore di energia 1, 24 incorpora anche un interruttore elettronico che viene comandato dalla propria interfaccia radio e che à ̈ in grado di abilitare la fornitura di energia elettrica solo ai vicoli elettrici riconosciuti dal sistema, cioà ̈ solo ai veicoli elettrici abilitati.

In questo modo non à ̈ possibile, per eventuali utenti non abbonati al servizio, usufruire in modo fraudolento del servizio di ricarica della batteria.

Solo dopo lo scambio di opportuni messaggi radio di autenticazione tra il contarisparmio 5 e il misuratore 1 o 24, il misuratore stesso abilita la fornitura di energia al veicolo elettrico.

Come già descritto in precedenza, con particolare riferimento alle figure 1 e 2 allegate, il sistema di ricarica integra un generatore fotovoltaico costituito da un insieme di moduli fotovoltaici 9, un inverter fotovoltaico 11, dotato di interfaccia radio, ed una centralina locale 12, dotata di disgiuntore, contatore di energia, interfaccia radio e modem GSM/GPRS/UMTS. Il generatore fotovoltaico à ̈ connesso alla rete elettrica pubblica 7, tramite un contatore fiscale 13, ed immette nella rete elettrica pubblica 7 l’energia generata in presenza di livelli idonei di irraggiamento solare, mentre la rete elettrica pubblica 7 funge da serbatoio dell’energia elettrica generata ed eventualmente non consumata dall’utilizzatore nell’istante della generazione.

Come noto, le politiche di incentivazione alle energie rinnovabili di molti governi stabiliscono la vendita di energia alle società pubbliche di distribuzione della energia elettrica a tariffe agevolate, basandosi su un bilancio annuale dell’energia prodotta e dell’energia consumata; queste politiche prevedono inoltre, per le piccole utenze, l’ulteriore vantaggio dello scambio sul posto, cioà ̈ dell’annullamento della tariffa di acquisto dell’energia consumata fino al raggiungimento di una quota annuale pari all’energia generata.

Risulta quindi chiaro il vantaggio dell’abbinamento del sistema di generazione fotovoltaica alla ricarica della batteria 36 dell’auto elettrica 4, poiché il sistema contabilizza con precisione sia la quantità di energia generata (mediante il contatore integrato nella centralina 12) sia la quantità di energia consumata dall’auto elettrica 4, mediante il misuratore 1 o 24, ed à ̈ quindi in grado di attribuire un valore all’energia fotovoltaica utilizzata per l’auto elettrica 4.

Dimensionando opportunamente la potenza del sistema fotovoltaico, in funzione dei consumi dell’auto elettrica 4 e delle utenze elettriche domestiche 10, à ̈ possibile costruire un sistema integrato energeticamente autosufficiente, nel quale la rete elettrica pubblica 7 ha il solo scopo di accumulare l’energia fotovoltaica e di restituirla nei momenti richiesti dalle utenze elettriche 10 e dal caricatore 44 dell’auto elettrica 4.

Nell’impianto descritto ed illustrato in particolare nella figura 1 allegata, tutti gli elementi del sistema si scambiano messaggi radio per coordinare l’attività di misura e di contabilizzazione dell’energia generata e dell’energia consumata dall’auto elettrica 4; l’inverter fotovoltaico 11 con interfaccia radio misura l’energia prodotta, la centralina con disgiuntore 12 misura l’energia prodotta da tutti gli inverter 11 dell’impianto (nel caso siano presenti due o più inverter 11), il misuratore di ricarica 1 misura l’energia erogata alla batteria 36, mentre il misuratore contarisparmio 5 misura il consumo ed il risparmio dell’auto elettrica 4.

La centralina 12 coordina le attività dei vari dispositivi mediante lo scambio di messaggi radio e può essere comandata e configurata sia localmente, mediante il terminale portatile 6, sia da remoto, mediante il modem GSM/GPRS/UMTS di cui à ̈ dotata.

Nella versione più avanzata dell’impianto, schematizzata nella figura 2 allegata, l’impianto prevede, in aggiunta alla soluzione schematizzata nella figura 1 allegata, due elementi che introducono altre funzionalità utili per la gestione dell’energia della rete domestica, quali l’inverter-booster 15 e l’interfaccia sezionatore-misuratore 30.

Entrambi questi elementi sono dotati di interfaccia radio e scambiano messaggi radio con gli altri componenti dell’impianto, quali il misuratore di ricarica 24, il misuratore contarisparmio 5, l’inverter fotovoltaico 11, la centralina 12 ed il terminale portatile 6.

Quando l’automobile elettrica 4 à ̈ posta a riposo per la ricarica della batteria 36, sono collegati sia la coppia di connettori 16, 19 che la coppia di connettori 17, 18; la prima coppia di connettori 16, 19 collega il caricatore 44 dell’automobile 4 al misuratore di ricarica 1 o 24, mentre la seconda coppia di connettori 17, 18 collega la batteria 36 dell’automobile 4 all’inverter-booster 15.

L’inverter-booster 15, verificando che nella batteria 36 dell’automobile 4 sia contenuta una quantità sufficiente di energia, può prelevarla per convertirla e, in caso di necessità, iniettarla opportunamente nella rete domestica 8.

Se ad esempio le utenze elettriche domestiche 10, in un certo istante, richiedono alla rete elettrica una potenza superiore al massimo contrattualmente disponibile, l’inverter-booster 15 può intervenire per supplire alla mancanza iniettando una quantità sufficiente di potenza in rete.

E’ ad esempio quello che succederebbe nel caso in cui in una rete domestica con contratto di fornitura da 3 KW fossero accese contemporaneamente una lavastoviglie ed una lavatrice durante la fase di riscaldamento dell’acqua; in tal caso, superata la soglia di 3,3 KW il contatore 14 staccherebbe l’utenza domestica 8 avendo superato i limiti contrattuali di fornitura. In presenza dell’inverter-booster 15 e dell’interfaccia-sezionatore 30 il funzionamento à ̈ invece il seguente: l’interfaccia-sezionatore 30 misura continuamente la potenza fornita alla rete domestica 8 dalla rete elettrica pubblica 7 e in caso di superamento del valore massimo contrattuale l’interfaccia-sezionatore 30 invia un messaggio radio all’inverter-booster 15, il quale, se c’à ̈ disponibilità di energia nella batteria 36 dell’auto elettrica collegata 4, supplisce alla carenza di potenza iniettando energia nella rete elettrica 8 in misura proporzionale alla quota mancante rilevata dall’interfaccia-sezionatore 30.

E’ evidente che questa necessità potrà essere maggiore nelle ore notturne, in cui il contributo del generatore fotovoltaico à ̈ nullo; infatti, durante le ore di sole diurne, il suddetto generatore fotovoltaico, iniettando energia direttamente nella rete domestica 8, integra automaticamente i picchi di potenza assorbiti ed eventualmente eccedenti la disponibilità contrattuale. L’interfaccia-sezionatore 30 realizza anche un’altra funzione di erogazione dell’energia domestica, in caso di black-out; infatti, se l’interfaccia-sezionatore 30 identifica la caduta della rete elettrica 7, seziona la rete domestica 8, interrompendo fisicamente il collegamento della rete medesima 8 dalla rete elettrica pubblica 7 e, contemporaneamente, l’interfacciasezionatore 30 invia un messaggio radio all’inverterbooster 15 per attivarne la funzionalità di generazione (se vi à ̈ disponibilità di energia dalla batteria 36 dell’auto elettrica 4).

Se il black-out si verifica durante il giorno, quando il generatore fotovoltaico à ̈ attivo, anch’esso collabora alla generazione dell’energia necessaria ad alimentare in isola la rete domestica 8.

Si comprende quindi come i dispositivi illustrati nella figura 2 allegata possano collaborare in modo efficace alla gestione dell’energia nell’ambito della rete domestica 8 e come la batteria 36 dell’auto elettrica 4 possa intervenire rendendo disponibile vantaggiosamente energia elettrica per far fronte a necessità puntuali della rete stessa; in particolare, il coordinamento à ̈ reso possibile dall’interconnessione radio di tutti i vari dispositivi.

Con particolare riferimento alla figura 3 menzionata, il funzionamento dell’inverter-booster 15 à ̈ coordinato con il caricatore 44 della batteria 36 dell’auto 4. Il caricatore 44 à ̈ collegato con il misuratore contarisparmio 5 mediante la linea CAN o semplice interfaccia seriale dedicata 35 e, tramite tale interfaccia 35, il misuratore contarisparmio 5 ed il caricatore 44 si scambiano messaggi informativi, grazie ai quali il misuratore contarisparmio 5 può gestire la politica di funzionamento del caricatore 44.

Sono possibili le seguenti strategie.

Nel normale funzionamento di carica della batteria 36 dell’auto 4, il caricatore 44 dosa l’energia erogata alla batteria 36 coordinandosi con la rete elettrica domestica 8, tenendo conto che per caricare la batteria 36 dell’auto elettrica 4 à ̈ necessaria una notevole potenza di picco (ad esempio, se la batteria 36 à ̈ da 20 KWh occorre almeno 1 KWp per più di 20 ore oppure 2 KWp per più di 10 ore).

Poiché l’utenza elettrica domestica à ̈ quasi sempre limitata contrattualmente a 3 KWp, si capisce che in assenza di meccanismi di regolazione sarebbe problematico l’utilizzo di altre utenze domestiche 10 insieme al caricatore 44 della batteria 36 dell’auto 4. Nella soluzione descritta il problema à ̈ risolto in modo semplice: l’interfaccia sezionatore-misuratore 30 invia continuamente messaggi radio al misuratore contarisparmio 5 per informarlo della potenza di picco impegnata dalla rete elettrica domestica 8; in tal modo, il misuratore contarisparmio 5 invia continuamente opportuni messaggi al caricatore 44 per regolarne la potenza assorbita in misura uguale alla differenza tra la potenza disponibile dalla rete elettrica 7 e la potenza assorbita dalle altre utenze elettriche domestiche 10.

Questo meccanismo consente di gestire in modo ottimale la carica della batteria 36, inserendo in ogni istante nella batteria 36 la potenza effettivamente disponibile, al netto delle utenze domestiche 10.

In caso di prelevamento di energia dalla batteria 36 per necessità dell’inverter-booster 15, il caricatore 44 cessa momentaneamente ed immediatamente il processo di carica per non prelevare inopportunamente dalla rete domestica 8 la stessa energia che l’inverter-booster 15 sta introducendo; questa funzione di interruzione temporanea della carica può essere realizzata dal caricatore 44 stesso, a seguito della ricezione di un messaggio di blocco, tramite la linea 35, da parte del misuratore contarisparmio 5, avendo quest’ultimo ricevuto, a sua volta, un messaggio radio dall’inverter-booster 15; oppure può essere il misuratore di carica 24, che, eventualmente dotato di un sezionatore, stacca momentaneamente la propria uscita 16.

Tramite il collegamento 35, il misuratore contarisparmio 5 interroga il caricatore 44 sullo stato di carica della batteria 36 ed informa mediante opportuni messaggi radio l’inverter-booster 15; in tal modo, l’inverter-booster 15 può valutare se attivarsi, se e quando à ̈ richiesto dalle necessità della rete domestica, in funzione dell’energia disponibile nella batteria 36.

Con particolare riferimento alla figura 5 allegata, il terminale portatile 6 à ̈ alimentato da una batteria ricaricabile 68, ad esempio agli ioni di litio, ed un controllore a microprocessore 65 gestisce le funzioni del terminale 6; inoltre, il terminale 6 include un modem GSM/GPRS/UMTS 59, un rice-trasmettitore radio FH-DSSS 64, un ricevitore GPS 66, un’interfaccia utente costituita da una serie di pulsanti 60 e da uno schermo o display grafico 63, un accelerometro 61 ed un dispositivo di comunicazione a viva voce 62.

Il terminale 6 può funzionare sia come interfaccia utente del sistema contarisparmio che come terminale portatile per chiamate di emergenza e/o richieste di soccorso ed à ̈ utilizzabile dall’utente all’interno dell’automobile 4.

Se opportunamente fissato all’interno dell’automobile 4, il terminale portatile 6, mediante l’accelerometro 61, può inviare una chiamata di emergenza e/o richiesta di soccorso a seguito di un urto del veicolo, funzionando come sensore di impatto.

In particolare, il terminale portatile 6 interagisce con gli altri dispositivi radio dell’impianto di cui alle figure 1 e 2, mediante l’impiego del ricetrasmettitore radio FH-DSSS 64, operante ad esempio nella banda 2,400-2,483 GHz.

In seguito alla pressione di alcuni pulsanti 60 da parte dell’utente, il controllore 65 interroga il misuratore contarisparmio 5, mediante messaggi radio inviati dal rice-trasmettitore radio FH-DSSS 64; il controllore 65 riceve quindi, tramite il ricetrasmettitore 64, le informazioni sui consumi di energia e sul risparmio sotto forma di opportuni messaggi radio e visualizza sullo schermo o display grafico 63 tali informazioni.

In assenza di richieste specifiche (per esempio, tramite la pressione di alcuni pulsanti 60) da parte dell’utilizzatore, il controllore 65 recupera periodicamente i dati di consumo e di risparmio e aggiorna il display grafico 63.

In caso di pressione contemporanea di due pulsanti speciali 60 (evidenziati in colore rosso e dedicati alla funzione specifica di richiesta di soccorso), il controllore 65 attiva una chiamata di emergenza utilizzando il proprio modem radio GSM/GPRS/UMTS 59 e trasferisce un messaggio vocale di allarme e un SMS ad un numero telefonico predefinito, oppure un messaggio numerico (tramite la rete GPRS/UMTS) ad un centro servizi 56 dotato di personal computer 58.

Appena la procedura di chiamata di emergenza individua la connessione con un utente, il controllore 65 attiva il dispositivo di comunicazione a viva voce 62, consentendo al chiamante di comunicare direttamente con l’utente chiamato o con il centro servizi 56 ed il terminale 6 invia immediatamente al centro servizi 56 le coordinate geografiche rilevate dal ricevitore GPS 66 consentendo così la localizzazione dell’utente.

In tal modo, l’utente che si trova all’interno dell’automobile 4 può utilizzare il terminale portatile 6 come dispositivo di richiesta di soccorso, funzione particolarmente utile in caso di incidente stradale o necessità di soccorso meccanico.

Un'altra funzione del terminale portatile 6 applicato all’auto elettrica 4, durante il funzionamento in esercizio dell’auto fuori dal garage, à ̈ relativa al fatto che il terminale 6, interagendo periodicamente con il misuratore contarisparmio 5, à ̈ aggiornato sui consumi dell’auto 4 e in particolare sull’autonomia residua della batteria 36.

Questo dato può essere periodicamente inviato al centro servizi 56, il quale, mediante opportune elaborazioni, à ̈ in grado di controllare l’autonomia residua dell’auto elettrica 4 e di avvertire eventualmente l’utente dell’approssimarsi della scarica della batteria 36, oppure informare l’utente sulla presenza di un punto di ricarica in prossimità della posizione istantanea dell’auto 4 e dell’utente.

Infatti, il terminale 6 Ã ̈ dotato di un circuito GPS, che consente al controllore 65 di inviare periodicamente, mediante il modem 59, al centro servizi 56, i dati sulla posizione del veicolo elettrico su cui il terminale 6 Ã ̈ posizionato.

Il terminale portatile 6 à ̈ inoltre dotato di interfaccia 67 per la gestione della carica della batteria ricaricabile 68 incorporata; mediante un opportuno accessorio, la ricarica può essere effettuata anche tramite una presa a 12V all’interno dell’automobile 4.

Con particolare riferimento alla figura 6 allegata, l’inverter-booster 15 à ̈ governato da un controllore 70 con DSP (Digital Signal Processor), che, oltre a sovrintendere allo scambio di messaggi radio con gli altri dispositivi radio di cui alle figure 1 e 2 mediante il rice-trasmettitore radio FH-DSSS a 2,4 GHz 69, pilota i dispositivi di potenza dei convertitori a commutazione 73, 74 e 75.

Il controllore 70, quando à ̈ abilitato da opportuni messaggi radio ricevuti, opera come segue:

- attiva il convertitore DC/DC 73, che preleva energia dalla batteria 36 dell’automobile 4, a tensione continua (in un intervallo compreso ad esempio tra 50 e 300 Volt) e la converte in una tensione costante, ad esempio di circa 400 Volt; - attiva il convertitore DC/AC 74, caratterizzato da una uscita controllata in corrente e sincronizzata sulla tensione della rete elettrica domestica 8; - poiché la potenza di uscita di tale stadio 74 à ̈ pari al prodotto fra la tensione della rete domestica 8 e la corrente di uscita dallo stadio 74, il controllore 70 regola la corrente in uscita dallo stadio 74 (e quindi la potenza di uscita dallo stadio 74) in funzione di quanto richiesto dall’impianto, dosando quindi la potenza iniettata nella rete domestica 8.

L’alimentatore ausiliario 71 fornisce la potenza di servizio al controllore 70, ai suoi circuiti e al ricetrasmettitore radio 69, prelevandola dalla rete domestica 8; tale alimentatore 71 à ̈ del tipo a bassissimo consumo di potenza e preleva dalla rete 8 non più di 1 2 W, cioà ̈ la potenza strettamente necessaria al funzionamento delle parti circuitali di controllo e del rice-trasmettitore radio 69.

L’inverter-booster 15 può funzionare in due diverse modalità:

- modo “grid connected†, secondo cui l’uscita del convertitore 74 ricopia la tensione di rete presente sulla rete elettrica domestica 8 e inietta in rete la corrente sinusoidale sincrona con la tensione presente, e

- modo “in isola†, secondo cui l’uscita del convertitore 74 genera, mediante una sintesi numerica operata dal controllore 70, la tensione di rete sinusoidale a 50 Hz, alimentando la rete elettrica domestica 8 come generatore primo e iniettando in rete la corrente sinusoidale sincrona con la tensione generata (questa seconda modalità si attiva quando l’impianto si pone nello stato in cui l’inverter-booster 15 agisce come generatore di emergenza, in caso di black-out, ed in questa modalità di funzionamento l’inverterbooster 15 à ̈ l’elemento che dà il clock di rete all’impianto in isola, ove gli inverter fotovoltaici 11 eventualmente presenti collaborano iniettando corrente nella rete ed adeguandosi alla tensione imposta dal convertitore 74).

Con particolare riferimento alla figura 7 allegata, l’interfaccia sezionatore-misuratore 30 à ̈ governata da un controllore con microprocessore 77, che, oltre a sovrintendere allo scambio di messaggi radio con gli altri dispositivi radio di cui alle figure 1 e 2 mediante il rice-trasmettitore radio FH-DSSS a 2,4 GHz 76, gestisce la misura della potenza e dell’energia assorbite dalla rete elettrica domestica 8 mediante il misuratore 79 e pilota il sezionatore a relà ̈ 80.

L’alimentatore ausiliario 78 fornisce la potenza di servizio al controllore 77, al misuratore 79 e al ricetrasmettitore radio 76, prelevandola dalla rete domestica 8; tale alimentatore 78 à ̈ del tipo a bassissimo consumo di potenza e preleva dalla rete 8 pochi Watt, vale a dire la potenza strettamente necessaria al funzionamento delle parti circuitali di controllo.

La batteria di back-up 81 à ̈ in grado di alimentare tutti i circuiti di servizio dell’interfaccia sezionatore-misuratore 30 per il tempo necessario alla corretta gestione dei transitori nelle manovre conseguenti ai black-out (in particolare, l’autonomia dovrà essere di almeno alcuni minuti per garantire la corretta gestione), mentre il controllore 77 gestisce con continuità la misura dei parametri elettrici della rete domestica 8 e, in particolare, la corrente elettrica assorbita dalla rete elettrica domestica 8, la tensione della rete elettrica domestica 8 e la potenza elettrica assorbita dalla rete elettrica domestica 8.

Queste informazioni sono presenti all’interno di opportuni messaggi radio e rese disponibili ai vari dispositivi radio del sistema mediante il ricetrasmettitore radio 76.

Il controllore 77 monitora continuamente la rete domestica 8 e, in caso di black-out, spegne immediatamente il sezionatore a relà ̈ 80 ed il suo contatto di uscita 84; contemporaneamente il controllore 77 invia opportuni messaggi radio tramite il rice-trasmettitore 76 agli altri dispositivi dell’impianto (figure 1 e 2) e, in particolare, il controllore 77 invia un messaggio radio all’inverterbooster 15 per segnalare la necessità di attivare la modalità di funzionamento in isola, al fine di alimentare la rete elettrica domestica 8 autonomamente. Il sezionamento della rete domestica 8 viene effettuato mediante uno o due teleruttori di potenza 82, 83, le cui bobine sono preferibilmente alimentate direttamente dalla rete elettrica pubblica 7, mediante il contatto di consenso del relà ̈ di uscita 84 dell’interfaccia sezionatore-misuratore 30, in modo che spegnendo il relà ̈ di consenso 84 anche i teleruttori 82, 83 si spengono e restano spenti anche nel caso di ripristino della rete elettrica pubblica 7 fino a che non à ̈ ripristinato anche il contatto 84 comandato direttamente dal controllore 77.

In questo modo, l’affidabilità dell’impianto risulta molto elevata e si garantisce che il funzionamento in isola della rete domestica 8 abbia una bassissima probabilità di entrare in conflitto con la rete elettrica pubblica 7 nel momento di ripristino di quest’ultima.

Infatti, solo dopo aver ricevuto via radio dall’inverter-booster 15 la conferma dello spegnimento, il controllore 77 ripristina il contatto 84 consentendo alla rete pubblica 7 di riarmare i teleruttori che possono così alimentare nuovamente la rete elettrica domestica 8.

Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche dell’impianto per il rifornimento di energia di veicoli a trazione elettrica, che à ̈ oggetto della presente invenzione, così come chiari ne risultano i vantaggi.

E’ chiaro, infine, che numerose altre varianti possono essere apportate all’impianto di rifornimento di energia in questione, senza per questo uscire dai principi di novità insiti nell’idea inventiva, così come à ̈ chiaro che, nella pratica attuazione dell’invenzione, i materiali, le forme e le dimensioni dei dettagli illustrati potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e gli stessi potranno essere sostituiti con altri tecnicamente equivalenti.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto per il rifornimento di energia di veicoli a trazione elettrica, comprendente almeno un veicolo a trazione elettrica o veicolo elettrico (4), connesso ad una rete elettrica domestica (8), a cui sono collegate le utenze elettriche domestiche (10), detta rete elettrica domestica (8) essendo collegata, a sua volta, ad una rete elettrica pubblica (7) a bassa tensione, caratterizzato dal fatto che detto veicolo elettrico (4) à ̈ collegato elettricamente ad almeno un dispositivo di misura (1, 24) dell’energia di ricarica di almeno una batteria (36) di trazione del veicolo elettrico (4), alimentato da detta rete elettrica domestica (8) ed atto a misurare la quantità di energia erogata a detta batteria (36) di trazione e consumata da detto veicolo elettrico (4), detta rete elettrica domestica (8) essendo connessa ad un impianto fotovoltaico (9, 11), che fornisce energia e gestisce l’erogazione di detta energia alla rete elettrica pubblica (7), tramite almeno una centralina elettronica (12), che misura la quantità di energia generata.
2. 2. Impianto per il rifornimento di energia come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto veicolo elettrico (4) Ã ̈ connesso elettricamente ad un dispositivo inverter-booster (15), atto a prelevare energia elettrica da detta batteria (36) del veicolo elettrico (4) ed a immettere almeno una porzione di detta energia elettrica prelevata nella rete elettrica domestica (8).
3. 3. Impianto per il rifornimento di energia come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto veicolo elettrico (4) integra un misuratore di energia risparmiata o contarisparmio (5), che à ̈ connesso a detto impianto fotovoltaico (9, 11) e a detto dispositivo inverter-booster (15), in modo da misurare, calcolare e registrare con continuità il risparmio di energia conseguito dall’esercizio di detto veicolo elettrico (4), rispetto ad un veicolo equivalente alimentato con combustibile fossile.
4. 4. Impianto per il rifornimento di energia come alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che tra detta rete elettrica domestica (8) e detta rete elettrica pubblica (7) Ã ̈ inserito un circuito sezionatore-misuratore (30), atto a disconnettere le utenze domestiche (10) da detta rete elettrica pubblica (7) quando dette utenze domestiche (10) sono alimentate da detto impianto fotovoltaico (9, 11) e da detto dispositivo inverter-booster (15).
5. 5. Impianto per il rifornimento di energia come alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta batteria (36) di trazione à ̈ atta ad alimentare detto dispositivo inverter-booster (15), quando detto veicolo elettrico (4) à ̈ fermo a riposo.
6. 6. Impianto per il rifornimento di energia come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che a bordo di detto veicolo elettrico (4) sono presenti un caricatore (44) della batteria (36) di trazione ed un convertitore di potenza o inverter (45), atto ad alimentare un motore elettrico (46) ed i servizi ausiliari (47) del veicolo elettrico (4).
7. 7. Impianto per il rifornimento di energia come alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto impianto à ̈ composto da una serie di postazioni di ricarica o di erogazione dell’energia (53, 54, 55), ciascuna delle quali contiene detto dispositivo di misura (1, 24) dell’energia di ricarica della batteria (36) ed una centralina elettronica con disgiuntore (12), ed un centro servizi (56), equipaggiato con almeno un modem (57) ed un personal computer (58) ed atto a gestire gli addebiti delle quote di energia consumate dai vari utenti dell’impianto, ognuno di detti dispositivi di misura (1, 24) dell’energia di ricarica ed ognuno di detti misuratori di energia risparmiata (5) essendo codificati con un proprio indirizzo univoco, in modo che l’impianto riconosca ogni diverso utilizzatore e/o ogni diversa postazione di ricarica (53, 54, 55), al fine di addebitare i consumi in modo differenziato per ogni utente.
8. 8. Impianto per il rifornimento di energia come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto impianto comprende almeno un terminale portatile (6), composto essenzialmente da un controllore a microprocessore (65), un modem (59), un ricetrasmettitore radio (64), un dispositivo di comunicazione a viva voce (62), uno schermo o display grafico (63), un insieme di circuiti di alimentazione (67) ed almeno una batteria ricaricabile (68).
9. 9. Impianto per il rifornimento di energia come alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo inverter-booster (15) Ã ̈ composto da un controllore (70), un rice-trasmettitore radio (69), un alimentatore (71), un convertitore DC/DC (73), un convertitore DC/AC (74) con uscita controllata in corrente per il collegamento in rete, una interfaccia (75) contenente i filtri e i dispositivi di protezione e sincronizzazione ed un connettore (26) per il collegamento alla batteria (36) di trazione del veicolo elettrico (4).
10. 10. Impianto per il rifornimento di energia come alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto circuito misuratore-sezionatore (30) à ̈ composto da un rice-trasmettitore radio (76), un controllore a microprocessore (77), un alimentatore (78), un misuratore di potenza (79), un sezionatore a relà ̈ (80) a contatto (84), una batteria (81) ed una pluralità di teleruttori (82, 83).
11. 11. Impianto per il rifornimento di energia come alle rivendicazioni 3 e 4, caratterizzato dal fatto che detto misuratore di energia risparmiata (5), detto impianto fotovoltaico (9, 11), detta centralina elettronica (12), detto misuratore di energia erogata (1, 24), detto dispositivo inverter-booster (15) e detto circuito sezionatore-misuratore (30) sono atti a scambiarsi messaggi e/o dati via radio, al fine di coordinare le attività di misura e contabilizzazione dell’energia generata e dell’energia consumata da detto veicolo elettrico (4)
12. 12. Impianto per il rifornimento di energia come alla rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto caricatore (44) dosa l’energia erogata alla batteria (36) di trazione in base all’energia presente nella rete elettrica domestica (8) ed alla potenza disponibile alla rete elettrica pubblica (7) e/o assorbita dalle utenze elettriche domestiche (10), detto caricatore (44) essendo atto ad interrompere temporaneamente la carica in caso di prelevamento di energia da detta batteria (36) di trazione per necessità di detto dispositivo inverter-booster (15).
13. 13. Impianto per il rifornimento di energia come alla rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto terminale portatile (6) scambia messaggi e/o dati via radio con detto misuratore di energia risparmiata (5), per la visualizzazione dei consumi del veicolo (4) e dell’autonomia residua di detta batteria (36) di trazione, e con un centro servizi (56) ed à ̈ impiegabile sia come interfaccia utente di detto misuratore di energia risparmiata (5) che come terminale per chiamate di emergenza e/o richieste di soccorso e/o per la localizzazione dell’utente.