Il rapporto di ricerca tratta i caricabatteria installati nei veicoli puramente elettrici o nei veicoli ibridi elettrici di tipo plug-in (nel seguito sinteticamente chiamati veicoli elettrici plug-in) per la ricarica degli accumulatori di trazione ed è finalizzato al dimensionamento di un caricabatteria integrale. Con questa terminologia sono chiamati nella letteratura scientifica i caricabatteria di bordo derivati dall’azionamento di trazione. Il rapporto è diviso in due parti: nella prima parte sono presentate le topologie e il principio di funzionamento dei caricabatteria stand-alone, ossia dei caricabatteria appositamente costruiti per eseguire la ricarica degli accumulatori di trazione. Nella seconda parte sono presentate le topologie e il principio di funzionamento dei caricabatteria integrali e successivamente è studiata la realizzazione di un caricabatteria integrale con riferimento al caso di studio costituito da un veicolo commerciale leggero puramente elettrico (il Ducato). La prima parte del rapporto inizia ricordando che i caricabatteria tradizionali sono apparecchiature unidirezionali e rappresentano un carico elettrico con basso fattore di potenza in quanto assorbono da rete una corrente distorta e caratterizzata da un modesto fattore di sfasamento. Prosegue descrivendo i caricabatteria oggi in uso che sono apparecchiature pure unidirezionali ma che assorbono correnti quasi sinusoidali e con un fattore di sfasamento di poco inferiore all’unità. Infine descrive i caricabatteria capaci di assorbire una corrente pressoché sinusoidale e in fase con la tensione di rete. Questi caricabatteria sono apparecchiature bidirezionali idonee a gestire flussi di potenza anche verso rete con controllo dell’ampiezza della corrente e del fattore di sfasamento. La loro installazione nei veicoli elettrici diventa pertanto un prerequisito per l’implementazione dei servizi V2G. La seconda parte del rapporto spiega come, riconfigurando opportunamente l’invertitore di trazione, si realizzino caricabatteria che possono essere monofase o trifase, unidirezionali o bidirezionali. La riconfigurazione avviene mediante l’impiego di interruttori elettromeccanici e può utilizzare gli avvolgimenti del motore di trazione per svolgere il ruolo di induttori di disaccoppiamento verso la rete. Dopo aver analizzato le principali topologie di caricabatteria integrale, il rapporto effettua dapprima l’esame del powertrain del Ducato e poi procede al dimensionamento di un caricabatteria integrale avente una topologia trifase bidirezionale adatta alla carica rapida dell’accumulatore di bordo del Ducato. Sono infine discusse due topologie alternative di caricabatteria trifase bidirezionale che possono essere applicate al caso di studio.

Progetto di un caricabatteria di bordo derivato da un azionamento di trazione

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2012-09

Abstract

Il rapporto di ricerca tratta i caricabatteria installati nei veicoli puramente elettrici o nei veicoli ibridi elettrici di tipo plug-in (nel seguito sinteticamente chiamati veicoli elettrici plug-in) per la ricarica degli accumulatori di trazione ed è finalizzato al dimensionamento di un caricabatteria integrale. Con questa terminologia sono chiamati nella letteratura scientifica i caricabatteria di bordo derivati dall’azionamento di trazione. Il rapporto è diviso in due parti: nella prima parte sono presentate le topologie e il principio di funzionamento dei caricabatteria stand-alone, ossia dei caricabatteria appositamente costruiti per eseguire la ricarica degli accumulatori di trazione. Nella seconda parte sono presentate le topologie e il principio di funzionamento dei caricabatteria integrali e successivamente è studiata la realizzazione di un caricabatteria integrale con riferimento al caso di studio costituito da un veicolo commerciale leggero puramente elettrico (il Ducato). La prima parte del rapporto inizia ricordando che i caricabatteria tradizionali sono apparecchiature unidirezionali e rappresentano un carico elettrico con basso fattore di potenza in quanto assorbono da rete una corrente distorta e caratterizzata da un modesto fattore di sfasamento. Prosegue descrivendo i caricabatteria oggi in uso che sono apparecchiature pure unidirezionali ma che assorbono correnti quasi sinusoidali e con un fattore di sfasamento di poco inferiore all’unità. Infine descrive i caricabatteria capaci di assorbire una corrente pressoché sinusoidale e in fase con la tensione di rete. Questi caricabatteria sono apparecchiature bidirezionali idonee a gestire flussi di potenza anche verso rete con controllo dell’ampiezza della corrente e del fattore di sfasamento. La loro installazione nei veicoli elettrici diventa pertanto un prerequisito per l’implementazione dei servizi V2G. La seconda parte del rapporto spiega come, riconfigurando opportunamente l’invertitore di trazione, si realizzino caricabatteria che possono essere monofase o trifase, unidirezionali o bidirezionali. La riconfigurazione avviene mediante l’impiego di interruttori elettromeccanici e può utilizzare gli avvolgimenti del motore di trazione per svolgere il ruolo di induttori di disaccoppiamento verso la rete. Dopo aver analizzato le principali topologie di caricabatteria integrale, il rapporto effettua dapprima l’esame del powertrain del Ducato e poi procede al dimensionamento di un caricabatteria integrale avente una topologia trifase bidirezionale adatta alla carica rapida dell’accumulatore di bordo del Ducato. Sono infine discusse due topologie alternative di caricabatteria trifase bidirezionale che possono essere applicate al caso di studio.
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