Considerazioni sulla topologia di alimentazione per veicoli elettrici

Di Harish Ramakrishnan, Jayanth Rangaraju

ABSTRACT

Con l’aumento del numero di veicoli elettrici (EV), vi è una crescente necessità di creare sistemi per l’infrastruttura di ricarica più efficienti dal punto di vista energetico in tutto il mondo, in modo da poter ricaricare i veicoli il più velocemente possibile. I nuovi veicoli elettrici offrono maggiore autonomia e capacità della batteria rispetto ai loro predecessori, rendendo necessario lo sviluppo di soluzioni di ricarica rapida in CC per supportare i requisiti di ricarica rapida. In questo rapporto applicativo esaminiamo alcune considerazioni per la topologia in merito alla progettazione di moduli di alimentazione che fungano da elemento costitutivo nella progettazione di queste stazioni di ricarica veloce in CC.

1 Introduzione

Una stazione di ricarica fa parte dell’infrastruttura di rete installata lungo una strada, in un parcheggio o in un garage residenziale; il suo scopo principale è fornire energia al PHEV per caricare la batteria. Esistono principalmente due tipi di sistemi di ricarica, come mostrato nella Tabella 1-1: Sistemi di ricarica in CA e in CC.

Un caricatore in CA alimenta la batteria del veicolo elettrico attraverso il caricabatterie di bordo del veicolo, mentre un caricabatterie in CC carica direttamente la batteria del veicolo.

La Tabella 1-1 mostra in dettaglio le stazioni di ricarica classificate in base ai livelli di potenza.

Tabella 1-1. Classificazione delle stazioni di ricarica

1.1 Stazione di ricarica in CA

Un EVSE di Livello 1 utilizza fonti di alimentazione a 120 VCA/230 VCA comunemente disponibili, assorbe corrente in un intervallo tra 12 A e 16 A e può impiegare tra le 12 e le 17 ore per caricare completamente una batteria da 24 kWH. I caricabatterie L1 possono raggiungere una potenza massima di 2 kW e sono utilizzati in applicazioni residenziali. Un EVSE di Livello 2 (utilizzato tipicamente in ambiti commerciali come centri commerciali, uffici e così via) utilizza sorgenti a 240 VCA polifase per alimentare un caricabatterie per veicoli più robusto e assorbe tra 15 A e 80 A per caricare completamente una batteria da 24 kWH in circa otto ore (livello di potenza fino a 20 kW). La Figura 1‑1 mostra un tipico schema a blocchi di una stazione di ricarica in CA.

Figura 1-1. Stazione di ricarica in CA

1.2 Stazione di ricarica in CC

La stazione di ricarica in CC è un caricabatterie di Livello 3 in grado di fornire un livello di potenza molto elevato nell’intervallo fra 120 e 240 kW. In genere, i caricabatterie L3 caricano le batterie all’80% dello stato di carica (SOC) in meno di 30 minuti. Per ottenere livelli di potenza così elevati si utilizzano convertitori modulari impilabili. Lo stacking dei convertitori all’interno del veicolo rende il veicolo ingombrante, pertanto questi convertitori impilati sono posizionati all’esterno del veicolo e costituiscono la stazione di ricarica per veicoli elettrici. La stazione di ricarica per veicoli elettrici si interfaccia direttamente con la batteria del veicolo bypassando il caricabatterie di bordo. La Figura 1-2 mostra un tipico schema a blocchi di una stazione di ricarica in CC.

Figura 1-2. Stazione di ricarica in CC

Per ulteriori informazioni sui caricabatterie di bordo e sui caricabatterie esterni, vedere il White paper sulla gestione dei veicoli elettrici, sia sul veicolo che sulla rete.

2 Modulo di alimentazione nella stazione di ricarica in CC

Il modulo di potenza in una stazione di ricarica in CC è costituito da uno stadio di potenza in CA/CC e da uno stadio di potenza in CC/CC integrati nella stazione di ricarica. Ogni convertitore è associato al suo stadio di potenza, composto da interruttori di alimentazione e driver del gate, rilevatori di corrente e tensione e controller. Ciascuno dei sottosistemi del modulo di alimentazione della stazione di ricarica per veicoli elettrici è descritto in dettaglio nelle prossime sezioni.

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