Synergy in electric mobility: automated dynamic wireless power transfer for autonomous vehicles

In a context where environmental sustainability is a global priority, the transport sector is being challenged to further reduce its environmental footprint. Electric mobility, especially when combined with autonomous driving technology, constitutes a valid prospect for achieving more sustainable and efficient road transport. However, limitations in driving range, long charging times, no unique standardized connectors, and inadequate infrastructures still limit the widespread adoption of autonomous electric vehicles. Nonetheless, there exists an alternative electric charging methodology to the conductive one, which would make it possible to overcome these limitations. Based on these considerations, the present thesis is based on a comprehensive study of a Dynamic Wireless Power Transfer (DWPT) system, where this technology allows inductive wireless charging of electric vehicles during their movement. This makes it possible to overcome the main limitations related to the conductive charging methodology characteristic of conventional electric mobility systems. The research was conducted at the Electrical Engineering Laboratory of the University of Málaga (UMA, Spain), where the analyzed system consists of three transmitter coils and one receiver coil installed under the vehicle prototype. The energy profiles of the DWPT system were then analyzed, with the aim of identifying the optimal configuration of the primary side and the range of misalignment positions that maximize power transfer efficiency. The study combines a simulation-based performance analysis with experimental validation, culminating in the implementation of automated power transmission, activated exclusively by the vehicle’s passage. The obtained results lay the foundation for further studies aimed at the development of the next generation of autonomous electric mobility, promoting the integration of dynamic wireless charging systems, connected vehicles, and self-driving electric vehicles.

In un contesto in cui la sostenibilità ambientale rappresenta una priorità globale, il settore dei trasporti è chiamato a ridurre ulteriormente la propria impronta ecologica. La mobilità elettrica, soprattutto se combinata con la tecnologia di guida autonoma, costituisce una valida prospettiva per raggiungere un sistema di trasporto stradale più sostenibile ed efficiente. Tuttavia, le limitazioni in termini di autonomia di guida, lunghi tempi di ricarica e infrastrutture inadeguate ostacolano ancora oggi la diffusione su larga scala dei veicoli elettrici autonomi. Esiste, però, una metodologia alternativa di ricarica elettrica rispetto a quella conduttiva, che consentirebbe di superare tali limitazioni. Sulla base di queste considerazioni, la presente tesi si fonda su uno studio approfondito di un sistema di ricarica wireless dinamica (Dynamic Wireless Power Transfer, DWPT), una tecnologia che consente la ricarica induttiva dei veicoli elettrici durante il loro movimento. Ciò permette di superare le principali limitazioni legate alla metodologia di ricarica conduttiva tipica dei sistemi convenzionali di mobilità elettrica. La ricerca è stata condotta presso il Laboratorio di Ingegneria Elettrica dell’Università di Málaga (UMA, Spagna), dove il sistema analizzato è composto da tre bobine trasmittenti e una bobina ricevente installata sotto il prototipo di veicolo. Sono stati quindi analizzati i profili energetici del sistema DWPT, con l’obiettivo di identificare la configurazione ottimale del lato primario e l’intervallo di posizioni di disallineamento che massimizzano l’efficienza di trasferimento di potenza. Lo studio combina un’analisi energetica basata su simulazione con una validazione sperimentale, giungendo nell’implementazione di un sistema di trasmissione di potenza automatizzato, attivato esclusivamente dal passaggio del veicolo. I risultati ottenuti pongono le basi per ulteriori studi finalizzati allo sviluppo della prossima generazione di mobilità elettrica autonoma, promuovendo l’integrazione dei sistemi di ricarica wireless dinamica, dei veicoli connessi e dei veicoli elettrici a guida autonoma.