Riding through: i ricercatori migliorano l’affidabilità della ricarica dei veicoli elettrici

Gli automobilisti americani sono abituati da tempo a fare il pieno rapidamente in una stazione di servizio con molto carburante a disposizione, e i conducenti di veicoli elettrici vogliono che i loro pit stop imitino questa esperienza. L’incertezza dei conducenti sull’accesso alla ricarica durante i lunghi viaggi rimane un ostacolo a una più ampia adozione dei veicoli elettrici, anche se gli Stati Uniti si sforzano di combattere il cambiamento climatico convertendo più conducenti.

I ricercatori dell’ORNL stanno sviluppando algoritmi e sistemi di comunicazione e controllo multistrato che consentono ai caricabatterie dei veicoli elettrici di funzionare in modo più affidabile, anche in caso di caduta di tensione o disturbi nella rete elettrica. Crediti: Andy Sproles/ORNL, Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti

I ricercatori dell’Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell’Energia stanno lavorando per rendere la ricarica dei veicoli elettrici più resiliente. “L’obiettivo principale è rendere disponibili i caricabatterie per i veicoli elettrici anche se si verifica un disturbo elettrico o un guasto hardware all’interno o all’esterno del caricabatterie”, ha affermato Namwon Kim dell’ORNL, uno dei ricercatori principali del progetto. “Vogliamo che gli automobilisti siano in grado di utilizzare i caricabatterie per veicoli elettrici non appena arrivano alla stazione di ricarica”.

Dopo aver identificato le principali sfide, i ricercatori dell’ORNL hanno trovato soluzioni per affrontare due cause principali di guasto del caricabatterie: la prima innescata dagli sbalzi di tensione nella rete elettrica e l’altra originata all’interno del caricabatterie stesso.

Kim e il suo team hanno sviluppato nuovi algoritmi per gestire i parametri operativi dei convertitori elettronici di potenza che sono la chiave di volta dell’hardware di ricarica dei veicoli elettrici. Questi convertitori sono progettati per spegnersi quando il flusso di potenza esce dall’intervallo standard. Se un piccolo guasto nella rete elettrica provoca un breve calo di tensione, la ricarica del veicolo elettrico si interrompe. Allo stesso modo, anche il guasto di un componente interno può bloccare tutto. La riattivazione di questi caricabatterie spesso richiede manutenzione, causando tempi di inattività significativi nelle stazioni non presidiate.

Per far fronte a brevi abbassamenti di tensione, i ricercatori dell’ORNL hanno implementato a Algoritmo di controllo “ride-through”. che riduce rapidamente la potenza di carica, per poi ripristinarla quando la tensione ritorna normale pochi secondi dopo. Il team ha creato una configurazione di test automatizzata in tempo reale per emulare il modo in cui l’hardware del convertitore risponde a una serie di segnali di tensione. I controlli ride-through hanno consentito un rapido recupero della potenza di ricarica.

Ci sono anche vantaggi più ampi. Se un guasto alla rete causa la disconnessione di molti caricabatterie per veicoli elettrici durante la ricarica rapida ad alta potenza, il livello di tensione nella rete elettrica può aumentare improvvisamente. Questa condizione potrebbe danneggiare altre apparecchiature elettriche non protette. Per questo motivo, la capacità di attraversamento protegge non solo il caricabatterie, ma anche la rete elettrica più ampia.

A volte si verifica un disturbo all’interno del caricabatterie stesso. Un singolo caricabatterie per veicoli elettrici contiene tre moduli di potenza che lavorano insieme per convertire e controllare la potenza di ricarica. La squadra dell’ORNL creato un altro algoritmo consentendo al convertitore di rilevare e adattarsi a un guasto interno invece di spegnersi.

“Ora, quando un modulo si spegne, il convertitore può provare a continuare a fornire quanta più energia possibile dividendo il carico tra i restanti due”, ha affermato Kim. “Stiamo cercando di mantenere il caricabatterie in funzione a una potenza inferiore mentre attende la riparazione.”

I ricercatori hanno inoltre sviluppato un nuovo approccio multilivello per il controllo e la comunicazione attraverso il tipo di sistema di ricarica per veicoli elettrici più grande che assomiglia a una stazione di servizio con molte pompe: un controller a livello di sistema viene automaticamente informato dei problemi sui singoli caricabatterie. Può quindi modificare le impostazioni dell’apparecchiatura per la migliore esperienza di ricarica del cliente.

Questa ricerca si inserisce un progetto più ampio con i laboratori nazionali partner del Pacifico nord-occidentale e dell’Idaho che include la gestione automatica della ricarica di flotte di veicoli, come camion per consegne o a lungo raggio, nonché il monitoraggio di potenziali attacchi informatici. Il controllore della stazione potrebbe controllare l’ordine di ricarica dei veicoli e le tariffe di ricarica, bilanciando i costi energetici con le priorità del carico.

Kim ha affermato che il prossimo passo sarà modellare il modo in cui lo stoccaggio integrato della batteria e l’energia solare potrebbero garantire ulteriormente le prestazioni di ricarica dei veicoli elettrici di una stazione.

Altri ricercatori dell’ORNL che contribuiscono al progetto in corso includono Michael Starke, Madhu Chinthavali, Benjamin Dean e Steven Campbell. La ricerca è finanziata dall’Ufficio per le tecnologie dei veicoli nell’ambito dell’Ufficio per l’efficienza energetica e le energie rinnovabili del DOE, sfruttando le capacità del Grid Research Integration and Development Center dell’ORNL, o GRID-C. GRID-C sviluppa soluzioni tecnologiche per promuovere l’interazione dinamica ed efficiente del sistema di distribuzione elettrica con edifici e veicoli.

L’UT-Battelle gestisce l’ORNL per l’Ufficio della Scienza del Dipartimento dell’Energia, il più grande sostenitore della ricerca di base nelle scienze fisiche negli Stati Uniti. L’Office of Science sta lavorando per affrontare alcune delle sfide più urgenti del nostro tempo. Per maggiori informazioni per favore visita Energy.gov/science.

Fonte: Laboratorio nazionale di Oak Ridge