Design and analysis of an IPT wireless system for electric vehicles

The aim of the thesis is to present the analysis and the study of a wireless recharge system for electric vehicles. The innovative aspect lies in the fact that: not only a static recharging procedure is described but also a quasi-dynamic one, with the goal of releasing the drivers from the long stops due to complete discharge of the vehicle battery. After a brief introduction about the state of the art for charging techniques, the project is divided into three main topics. Firstly, in the second chapter, several static recharge configurations, coming from scientific publications, are described. They are characterized by a wide frequency and power range. The second part, developed in the third chapter, is focused on the creation and study of a Matlab control system for a quasi-dynamic recharge, this is the real core of the realized work. Most of the previously described configurations resulted to be unfeasible and difficult to model, consequently only a reference arrangement has been developed in deeper details. The implemented system is characterized by a contained mean power level, around 4 kW delivered to the load. In the end, particular care has been given to the computation of the recharging system inverter losses, validating each value with different methods, including Simulink Simscape simulations.

Lo scopo del lavoro di tesi è quello di presentare l’analisi e lo studio di un sistema di ricarica wireless per veicoli elettrici. L’aspetto innovativo risiede nel fatto che: non solo verrà analizzata una condizione di ricarica statica ma anche quasi dinamica, con l’obiettivo di liberare così gli automobilisti dalle lunghe soste dovute dalla completa scarica della batteria del veicolo. Dopo un breve capitolo introduttivo relativo allo stato dell’arte delle diverse tecniche di ricarica, il progetto di tesi si divide in tre principali cardini. In primo luogo, nel secondo capitolo, vengono presentate diverse configurazioni che descrivono applicazioni studiate in diverse pubblicazioni scientifiche per la ricarica statica caratterizzate da un ampio range di frequenza e potenza. Successivamente, il terzo capitolo si concentra sulla creazione e sullo studio di un sistema di controllo in ambiente Matlab per la ricarica quasi statica e rappresenta il vero cuore del lavoro svolto. La maggior parte delle configurazioni descritte in precedenza sono risultate essere di difficile realizzazione e modellizzazione di conseguenza una sola è stata analizzata con maggiore dettaglio. Il sistema implementato è caratterizzato da un livello di potenza media contenuto, attorno a 4 kW trasmessi al carico. Infine un’attenzione particolare è stata posta, nel quarto capitolo, al calcolo delle perdite nell’inverter presente all’interno del sistema di ricarica, validando tali valori con differenti metodologie, incluso l’uso di simulazioni Simulink Simscape.