Analisi e modellizzazione di un sistema di ricarica wireless con topologia LCL-S

I sistemi di trasferimento di potenza wireless (WPT) induttivi risonanti costituiscono una soluzione tecnologica promettente per la ricarica automatizzata dei veicoli elettrici, eliminando il contatto galvanico tra infrastruttura di ricarica e veicolo [1], [2]. In questo lavoro di tesi si affronta la progettazione, il dimensionamento analitico e la validazione in simulazione di un sistema WPT stazionario di classe WPT1 (3,7 kW, 85 kHz, conforme allo standard SAE J2954 [4]), basato sulla topologia di compensazione risonante LCL-S con convertitore buck DC/DC sul lato secondario. Il dimensionamento del circuito risonante è condotto considerando il fattore di qualità secondario Q2. È dimostrato analiticamente che la topologia LCL il primario si comporta come una sorgente di corrente quasi costante: la corrente I1 risulta indipendente dal carico e dal coefficiente di accoppiamento k. L’adozione di Q2=8 garantisce un buon compromesso tra efficienza, selettività della risonanza e limitazione delle sollecitazioni di tensione sui condensatori di compensazione, mantenendo le grandezze entro valori realizzabili con componenti commerciali sull’intero intervallo operativo k ∈ [0,15, 0,30], corrispondente alle categorie di traferro Z1/Z2 previste da SAE J2954. Poiché la tensione secondaria è direttamente proporzionale a k, la potenza di uscita non può essere mantenuta costante per ogni condizione di allineamento a parità di duty cycle del convertitore buck. Il sistema è pertanto dimensionato per erogare 3700 W al punto di allineamento ottimale k = 0,30, accettando una riduzione naturale della potenza per k<0,30. Il duty cycle del buck è fissato a D = 0,90 in modo che, al punto nominale, l’impedenza riflessa vista dalla rete risonante sia prossima alla resistenza equivalente del carico. Le simulazioni condotte in MATLAB/Simulink confermano un’efficienza complessiva stabile tra l’89 % e il 91 % sull’intero intervallo di k, validando la robustezza del dimensionamento proposto rispetto alle variazioni di allineamento tipiche dell’applicazione veicolare.