Discussione sullo schema di rilevamento delle perdite nel sistema V2G del veicolo elettrico

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Con il rapido sviluppo dei veicoli elettrici, lo schema V2G viene costantemente menzionato. La sua idea centrale è quella di utilizzare un gran numero di accumulatori di energia dei veicoli elettrici come buffer della rete elettrica e delle energie rinnovabili. Quando il carico della rete elettrica è troppo elevato, l’accumulo di energia dei veicoli elettrici alimenterà la rete elettrica, mentre quando il carico della rete elettrica è troppo basso, verrà utilizzato per immagazzinare la produzione di energia in eccesso della rete elettrica per evitare sprechi. Con la tecnologia V2G, i veicoli elettrici possono realizzare la funzione di ricarica reciproca con la rete elettrica. In questo modo, gli utenti di veicoli elettrici possono caricare i veicoli a prezzi bassi per l’elettricità e vendere la potenza dei veicoli elettrici alla rete elettrica a prezzi elevati per l’elettricità, in modo da guadagnare un reddito. Per le società della rete elettrica, in caso di carenza di energia, può ridurre la pressione energetica e bilanciare il carico della rete elettrica, in modo da garantire l'efficienza operativa della rete elettrica.

Una delle tecnologie chiave del V2G è lo sviluppo del caricabatterie bidirezionale ad alta potenza. Per i produttori di veicoli, il caricabatterie di bordo richiede volume ridotto, leggerezza, basso costo e buona affidabilità. Allo stato attuale, la topologia del caricabatterie tradizionale è composta da un raddrizzatore trifase incontrollabile e da un convertitore CC/CC isolato con trasformatore ad alta frequenza. Questo caricabatterie con trasformatore di isolamento ha un volume elevato, una bassa efficienza di conversione e un costo elevato. Pertanto, l'uso di caricabatterie non isolati è attualmente la direzione di sviluppo principale. Un caricabatterie bidirezionale ad alta potenza adotta una nuova topologia, come mostrato nella figura seguente Fig. 1.

Fig. 1 Topologia di un caricabatterie efficiente ad alto fattore di potenza

È costituito da un raddrizzatore PWM con sorgente di tensione trifase nello stadio anteriore e da un circuito chopper reversibile di corrente nello stadio posteriore. Il circuito DC/DC del chopper reversibile di corrente dello stadio successivo può essere inteso come un circuito composito composto da un circuito boost e un circuito buck. Il circuito può non solo realizzare il flusso in avanti del circuito, ma anche realizzare il flusso inverso della corrente, in modo da realizzare il flusso bidirezionale dell'energia dell'intero caricatore.

Grazie alla topologia CC/CC non isolata, il trasformatore ad alta frequenza viene rimosso, l'efficienza di conversione viene migliorata e i costi e le perdite del sistema vengono ridotti. Tuttavia, una situazione che dobbiamo considerare è il problema delle perdite dell’intero sistema. Essendo un dispositivo elettronico di potenza complesso, il problema delle perdite del caricabatterie bidirezionale ad alta potenza è difficile da evitare. È necessario limitare la perdita entro un certo intervallo attraverso una buona strategia di controllo nella progettazione. In caso contrario vi sono rischi per la rete elettrica, per l'apparecchio stesso o per la sicurezza della vita e delle cose. Allo stesso tempo, è anche necessario adottare mezzi di protezione di base per prevenire i danni derivanti da perdite quando la perdita supera le aspettative.

Fig. 2 Circuito pilota di controllo ingresso motore a bordo

La fig.2 sopra riportata è intercettata nel caricabatterie di bordo conduttivo QC/T 895-2011 per veicoli elettrici, che riflette il modello generale della connessione tra la rete elettrica e il caricabatterie. Il caricabatteria di bordo alimenta il caricabatteria di bordo dei veicoli elettrici tramite il cavo di ricarica. Il caricabatterie di bordo converte la corrente alternata collegata in corrente continua per caricare la batteria di accumulo. Quando viene alimentata alla rete elettrica, la batteria converte la corrente continua in corrente alternata attraverso il caricabatterie di bordo e la reimmette nella rete elettrica attraverso il cavo di ricarica. All'interno dell'apparecchiatura di alimentazione (pila di ricarica) è installato un dispositivo di protezione dalla corrente di dispersione per proteggere l'intera rete elettrica e il processo di scambio di energia dei veicoli elettrici. Il protettore di corrente di dispersione è noto anche come protettore di corrente residua (RCD). L'RCD è il mezzo di protezione di base, quindi la sua affidabilità è molto importante.

Come tutti sappiamo, il sistema di alimentazione ha un sistema trifase a tre fili e un sistema trifase a quattro fili. La Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC) stabilisce il sistema TT, il sistema TN e il sistema IT. Quando si utilizza questo caricabatterie ad alta potenza a due vie, la limitazione del trasformatore di isolamento CC/CC viene persa e la batteria è la prima a guadagnare la libertà, che non è più isolata dal sistema. Pertanto, durante l'uso a lungo termine della batteria, se il bus CC presenta un guasto di isolamento, la perdita verrà reimmessa sul lato CA attraverso la linea PE di messa a terra del corpo. Prendendo come esempio la dispersione positiva del bus CC della batteria, il modello di dispersione è mostrato nella fig.3 come di seguito.