Experimental tests of bidirectional charging systems for V2B and V2H applications

Due to the increasing number of electric vehicles and to their need to recharge their batteries, the electric grid is at risk of stress for high power loads. Bidirectional chargers could represent a short-term solution able to reduce the impact of the recharge and to perform energetic and economic savings. This thesis presents the results obtained by testing the first prototypes of bidirectional converters in a domestic environment, for vehicle to home and vehicle to building applications. The novelty of this experiment stands in the fact that it is the first Italian realization exploiting an environment of automated domestic devices, and hence permitting a realistic evaluation of the chargers. The method applied to build the experimental program is based on a growing complexity logic, guided also by the knowledge and competences acquired on the tested devices. The results obtained showed promising possibilities for the integration of the bidirectional solutions in domestic environments. They also highlighted fragilities in their control logics and communication systems, bringing respectively instabilities and delays in both charging and discharging processes. From these emerges the current immaturity of the tested devices for market applications, which limit temporarily their use to pilot and laboratory testing. For the complete integration of these devices in domestic environments to be possible, improvements should be done by producers on both the reliability of the products, and the development of more functional control logics.

A causa del crescente numero di veicoli elettrici e della loro necessità di ricarica delle batterie, la rete elettrica è a rischio di stress per gli alti carichi di potenza. I caricatori bidirezionali potrebbero rappresentare una soluzione a breve termine in grado di ridurre l'impatto della ricarica e realizzare risparmi energetici ed economici. Questa tesi presenta i risultati ottenuti testando i primi prototipi di convertitori bidirezionali in un ambiente domestico, per applicazioni vehicle to home e vehicle to building. La novità di questo esperimento sta nel fatto che è la prima realizzazione italiana che sfrutta un ambiente con dispositivi domestici automatizzati, e quindi permette una valutazione realistica dei caricatori. Il metodo applicato per costruire il programma sperimentale è basato su una logica di complessità crescente, guidata anche dalle conoscenze e competenze acquisite sui dispositivi testati. I risultati ottenuti hanno mostrato possibilità promettenti per l'integrazione delle soluzioni bidirezionali in ambienti domestici. Hanno anche evidenziato fragilità nelle loro logiche di controllo e nei sistemi di comunicazione, portando rispettivamente instabilità e ritardi nei processi di carica e scarica. Da questi emerge l'attuale immaturità dei dispositivi testati per applicazioni di mercato, che limitano temporaneamente il loro uso a test pilota e di laboratorio. Affinché sia possibile la completa integrazione di questi dispositivi in ambienti domestici, i produttori dovrebbero migliorare sia l'affidabilità dei prodotti, sia lo sviluppo di logiche di controllo più funzionali.