EO Power 36

EO POWER/AUTOMOTIVE - NOVEMBRE/DICEMBRE 2024 XXIII POWER CONVERTERS Caratteristiche comuni dei blocchi convertitori di potenza per veicoli elettrici La ricarica dei veicoli elettrici è un’area di particolare interesse. Sia i veicoli elettrici a batteria (BEV) che quel- li ibridi plug-in (PHEV) sono dotati di un caricatore di bordo (OBC – On Board Charger) che supporta attual- mente intervalli di potenza da 3,6 kW fino a 22 kW. Que- sti ultimi possono essere ricaricati con corrente alter- nata tramite una stazione di ricarica dedicata (wall box) o mediante colonnine di ricarica ubicate nelle abita- zioni, ai bordi delle strade o nei parcheggi. Per i veicoli parcheggiati a casa o al lavoro, si tratta di un metodo ideale per fare rifornimento mentre il veicolo è fermo. Per i viaggi più lunghi, i caricabatterie DC assicurano la ricarica rapida lungo il tragitto. In grado di fornire po- tenze comprese tra 40 e 300 kW (o anche superiori), essi bypassano l’OBC per fornire una carica dell’80% in circa 20-60 minuti. In entrambi i casi, la struttura di base del caricabatte- rie è la stessa. L’alimentazione AC viene inviata a uno stadio di correzione del fattore di potenza (PFC – Power Factor Correction) che è seguito da un convertitore DC/ DC che alimenta il circuito di ricarica della batteria del veicolo (Fig. 1). L’efficienza energetica è fondamentale per minimizzare la dissipazione del calore e risparmiare energia, mentre per quanto concerne la densità di potenza è necessa- rio tener conto dei vincoli relativi allo spazio disponi- bile e al peso. Inoltre, i veicoli elettrici sono visti come una fonte potenziale di energia per bilanciare i disturbi della rete elettrica (V2G - Vehicle to Grid) o addirittura per fornire energia alle abitazioni in caso di emergenza (V2H - Vehicle to Home). Ciò significa che i caricabatte- rie devono essere caratterizzati da topologie bidirezio- nali, il che comporta l’adozione di stadi PFC di tipo to- tem pole e convertitori DC/DC DAB (Dual-Active Bridge) e LLC. Tutte queste topologie prevedono una configura- zione di tipo “bridge leg” (in pratica un ponte con pa- recchi rami), un elemento che appare anche osservando l’inverter del motore di un veicolo elettrico (Fig. 2). Un approccio modulare all’analisi di progetti basati su SiC Nessuna delle topologie discusse è semplice da pro- gettare, con la presenza di tensioni e correnti elevate in fase di test. Tuttavia, gli elementi circuitali ricorren- ti che contraddistinguono queste topologie offrono la possibilità di sfruttare la modularità come mezzo per valutare rapidamente approcci diversi. Ad esempio, è possibile isolare all’interno del circuito di un PFC gli induttori in ingresso, i singoli rami del ponte e il con- densatore di uscita. La misura della tensione e della corrente di ingresso e di uscita, insieme al controllo dei MOSFET SiC, può quindi essere assegnata a un quarto Fig. 2 – Un singolo ramo di ponte costituisce l’elemento base dei progetti di stadi PFC, convertitori DC/DC e inverter