Design of an inductive power transfer system for EV charging

The Inductive Power Transfer (IPT) is a method used to magnetically couple power across an air gap without any physical contact. The recent improvement achieved on the IPT systems have led them to become a safe and efficient solution for EVs stationary charging. The design of magnetic structure is the focus of the IPT system design process and it requires the combined analysis of many parameters. This thesis has provided a review of all modern topologies of pads that can be suitable for EV application. The comparison among different topologies has led to identify an IPT system constituted by a Bipolar Pad both on primary and secondary side as the desired solution for stationary charging. In fact, such system is interoperable, tolerant to misalignment and efficient over large range of air gaps. This work has provided a systematic design method for IPT systems in EVs charging. Such method aims at defining a set of possible solutions of sizing for the required power transfer, ensuring an easy control of the operating condition. The method could be useful to address future design on the best solution to model the problem and to define a systematic path to be followed in order to organize the design in a proper way. During the thesis considerations and solutions that enables to reduce the number of time-consuming simulations has been proposed.

Il trasferimento di potenza induttivo (IPT) è un metodo utilizzato per trasferire potenza senza alcun contatto fisico mediante un flusso magnetico capace di attraversare l’aria. Il recente miglioramento ottenuto sui sistemi di IPT li ha resi una soluzione sicura ed efficiente per la ricarica stazionaria dei veicoli elettrici. Il design della struttura magnetica è al centro della progettazione del sistema IPT e richiede l'analisi combinata di molti parametri. Questa tesi ha fornito una rassegna di tutte le moderne topologie di pad che possono essere adottate nel processo di ricarica di un’auto elettrica. Il confronto tra le diverse topologie ha portato all'identificazione di una soluzione ottimale da utilizzare per il processo di ricarica stazionaria: un sistema costituito da due Bipolar Pad, uno collocato sul lato primario e l’altro sul secondario. Tale sistema riesce a garantire interoperabilità, tolleranza al disallineamento e ad essere efficiente su sistemi che devono operare a diverse distanze. Questo lavoro di tesi ha fornito un metodo di progettazione sistematico per sistemi di IPT utilizzati nell’ambito dei processi di ricarica di veicoli elettrici. In particolare, tale metodo mira a definire una serie di possibili soluzioni di dimensionamento al fine di trasferire la potenza richiesta, garantendo un facile controllo al variare delle condizioni operative. Il metodo potrebbe essere utile per affrontare design futuri sulle soluzioni migliori da adottare per modellare il problema e per definire un percorso strutturato da seguire per organizzare il design in modo corretto. Durante la tesi sono inoltre state proposte considerazioni e soluzioni che consentono di ridurre il numero di simulazioni in modo da risparmiare tempo.