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IT201900012405A1 - Convertitore elettronico dc-dc per pilotare un generatore termoelettrico per un motore a combustione interna - Google Patents

Convertitore elettronico dc-dc per pilotare un generatore termoelettrico per un motore a combustione interna Download PDF

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Publication number
IT201900012405A1
IT201900012405A1 IT102019000012405A IT201900012405A IT201900012405A1 IT 201900012405 A1 IT201900012405 A1 IT 201900012405A1 IT 102019000012405 A IT102019000012405 A IT 102019000012405A IT 201900012405 A IT201900012405 A IT 201900012405A IT 201900012405 A1 IT201900012405 A1 IT 201900012405A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
transistor
inductance
node
passing
thermoelectric generator
Prior art date
Application number
IT102019000012405A
Other languages
English (en)
Inventor
Andrea Nepote
Mauro Brignone
Emanuele Milani
Original Assignee
Magneti Marelli Spa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Magneti Marelli Spa filed Critical Magneti Marelli Spa
Priority to IT102019000012405A priority Critical patent/IT201900012405A1/it
Publication of IT201900012405A1 publication Critical patent/IT201900012405A1/it

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Description

D E S C R I Z I O N E
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
“CONVERTITORE ELETTRONICO DC-DC PER PILOTARE UN GENERATORE TERMOELETTRICO PER UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA”
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione è relativa ad un convertitore elettronico DC-DC per pilotare un generatore termoelettrico (denominato anche “TEG”) per un motore a combustione interna.
La presente invenzione trova vantaggiosa applicazione ad un convertitore elettronico DC-DC per pilotare un generatore termoelettrico per un sistema di scarico di un motore a combustione interna, cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere di generalità.
ARTE ANTERIORE
Nella continua ricerca dell’aumento di efficienza dei motori a combustione interna, è stato recentemente proposto di utilizzare parte del calore posseduto dai gas di scarico (che altrimenti verrebbe completamente disperso in atmosfera attraverso il sistema di scarico) per generare energia elettrica attraverso l’utilizzo di celle termoelettriche.
E’ stato quindi proposto di disporre lungo il sistema di scarico un generatore termoelettrico provvisto di una pluralità di celle termoelettriche a stato solido, ciascuna delle quali presenta un lato caldo che viene esposto ai gas di scarico per venire riscaldato dai gas di scarico stessi (che possono presentare una temperatura di 250-750 °C a seconda della zona del sistema di scarico in cui viene disposto il generatore termoelettrico) ed un lato freddo (opposto al lato caldo) che viene costantemente raffreddato mediante un fluido di raffreddamento (che viene rigorosamente mantenuto isolato dai gas di scarico ed è generalmente costituito da acqua che cede calore all’ambiente esterno circolando anche attraverso un radiatore).
Una cella termoelettrica a stato solido è in grado di convertire il calore in energia elettrica (attraverso l’effetto Seebeck) quando esiste una differenza di temperatura tra il proprio lato caldo ed il proprio lato freddo; per garantire l’efficacia della generazione di energia elettrica è necessario garantire che la temperatura del lato freddo della cella termoelettrica rimanga adeguatamente più bassa della temperatura del lato caldo ed è quindi necessario prevedere un costante raffreddamento del lato freddo.
A titolo di esempio, le domande di brevetto WO2011107282 US2011083831A1, EP2765285A1, US2014305481A1, US2015128590A1, US2016155922A1, ed EP3404227A1 descrivono dei generatori termoelettrici per un sistema di scarico di un motore a combustione interna.
Una cella termoelettrica non è in grado di sopportare temperature troppo elevate, ovvero il lato caldo di una cella termoelettrica non deve superare una temperatura critica oltre la quale si possono verificare dei danneggiamenti per surriscaldamento alla cella termoelettrica stessa.
Per evitare il surriscaldamento delle celle termoelettriche quando i gas di scarico sono troppo caldi (ovvero quando il motore eroga per un tempo relativamente lungo una potenza elevata, ad esempio durante un percorso autostradale compiuto a velocità sostenuta), viene generalmente previsto un condotto di bypass che è regolato da una apposita valvola di bypass ed è disposto in parallelo al generatore termoelettrico: normalmente il condotto di bypass viene sempre mantenuto chiuso per massimizzare la generare di energia elettrica e solo quando la temperatura del lato caldo delle celle termoelettriche si avvicina troppo alla temperatura critica il condotto di bypass viene aperto più o meno completamente per ridurre la portata dei gas di scarico che attraversano il generatore termoelettrico e quindi limitare la temperatura del lato caldo delle celle termoelettriche.
Il condotto di bypass è efficace ed efficiente nell’impedire che la temperatura del lato caldo delle celle termoelettriche superi la temperatura critica; tuttavia, la presenza del condotto di bypass (e soprattutto la presenza della corrispondente valvola di bypass) comportano un aumento del costo, del peso e dell’ingombro complessivi del generatore termoelettrico.
Nella domanda di brevetto italiana 102018000010501 è stato proposto un metodo di controllo di un generatore termoelettrico che prevede le fasi di: determinare ciclicamente una temperatura di un caldo di almeno una cella termoelettrica; confrontare la temperatura del lato caldo della cella termoelettrica con un valore di soglia; controllare il punto di lavoro nel piano tensione/corrente del generatore termoelettrico per massimizzare una potenza elettrica generata dal generatore termoelettrico quando la temperatura del lato caldo della cella termoelettrica è inferiore al valore di soglia; e controllare il punto di lavoro nel piano tensione/corrente del generatore termoelettrico per ridurre la temperatura del lato caldo della cella termoelettrica quando la temperatura del lato caldo della cella termoelettrica è superiore al valore di soglia. Questo metodo di controllo può portare la cella termoelettrica ad operare, generalmente per periodi molto brevi, con tensioni negative assorbendo potenza elettrica invece che generare potenza elettrica.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione è fornire un convertitore elettronico DC-DC per pilotare un generatore termoelettrico per un motore a combustione interna, il quale convertitore elettronico DC-DC sia in grado di pilotare il generatore termoelettrico in modo efficiente ed efficace sia quando il generatore termoelettrico presenta una tensione positiva (fornendo energia elettrica), sia quando il generatore termoelettrico presenta una tensione negativa (assorbendo energia elettrica).
Secondo la presente invenzione viene fornito un convertitore elettronico DC-DC per pilotare un generatore termoelettrico per un motore a combustione interna, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.
Le rivendicazioni descrivono forme di realizzazione preferite della presente invenzione formando parte integrante della presente descrizione.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
• la figura 1 è una vista prospettica di un generatore termoelettrico per un sistema di scarico di un motore a combustione interna;
• la figura 2 è una vista prospettica del generatore termoelettrico della figura 1 con l’asportazione di un tubo di ingresso e di un tubo di uscita;
• le figura 3 è una vista prospettica del generatore termoelettrico della figura 1 con l’asportazione di parti per chiarezza;
• la figura 4 è una vista schematica del collegamento elettrico del generatore termoelettrico della figura 1;
• la figura 5 è un grafico che illustra la caratteristica tensione/corrente e la caratteristica tensione/potenza del generatore termoelettrico della figura 1;
• la figura 6 è una rappresentazione schematica di una logica di controllo del generatore termoelettrico della figura 1;
• la figura 7 è una vista schematica di un convertitore elettronico DC-DC che pilota il generatore termoelettrico della figura 1 ed è realizzato in accordo con la presente invenzione;
• le figure 8, 9 e 10 sono tre viste schematiche del convertitore elettronico DC-DC della figura 7 con in evidenza i percorsi della corrente elettrica in tre diverse modalità di funzionamento;
• la figura 11 è una vista schematica di una variante del convertitore elettronico DC-DC della figura 7;
• le figure 12, 13 e 14 sono tre viste schematiche del convertitore elettronico DC-DC della figura 11 con in evidenza i percorsi della corrente elettrica in tre diverse modalità di funzionamento;
• la figura 15 è una rappresentazione schematica di una logica di controllo del convertitore elettronico DC-DC delle figure 7 e 11; e
• la figura 16 è una rappresentazione schematica di una ulteriore logica di controllo del convertitore elettronico DC-DC delle figure 7 e 11.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE
Nella figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un generatore termoelettrico (ovvero un dispositivo che è in grado di convertire parte del calore posseduto dai gas di scarico in energia elettrica) per un sistema di scarico di un motore a combustione interna.
Il generatore 1 termoelettrico può essere disposto lungo il sistema di scarico in diverse zone; ad esempio, il generatore 1 termoelettrico può essere disposto immediatamente a valle del collettore di scarico (e, se presente, della turbina del turbocompressore) del motore a combustione interna, può essere disposto tra il catalizzatore ed il filtro anti-particolato, oppure può essere disposto a valle del filtro anti-particolato.
Il sistema di scarico del motore a combustione interna comprende un tubo 2 di ingresso dei gas di scarico attraverso il quale i gas di scarico caldi provenienti dal motore a combustione interna vengono alimentati verso il generatore 1 termoelettrico (ovvero il tubo 2 di ingresso termina nel generatore 1 termoelettrico) ed un tubo 3 di uscita dei gas di scarico attraverso il quale i gas di scarico che escono dal generatore 1 termoelettrico vengono alimentati verso l’ambiente esterno (ovvero il tubo 3 di uscita si origina dal generatore 1 termoelettrico).
Il generatore 1 termoelettrico comprende un involucro 4 chiuso di forma parallelepipeda al cui interno sono alloggiate dodici celle 5 termoelettriche a stato solido (parzialmente illustrate nella figura 3), ciascuna delle quali è in grado di convertire il calore in energia elettrica (attraverso l’effetto Seebeck) quando esiste una differenza di temperatura tra un proprio lato caldo ed un proprio lato freddo; per garantire l’efficacia della generazione di energia elettrica è necessario garantire che la temperatura TCOLD del lato freddo di ciascuna cella 5 termoelettrica rimanga adeguatamente più bassa della temperatura THOT del lato caldo ed è quindi necessario prevedere sia un costante riscaldamento del lato caldo, sia un costante raffreddamento del lato freddo.
Secondo quanto illustrato nelle figure 2 e 3, il generatore 1 termoelettrico comprende due elementi 6 di alimentazione tra loro sovrapposti e ciascuno dei quali è provvisto di un condotto 7 tubolare che è atto a venire attraversato dai gas di scarico. Il condotto 7 tubolare di ciascun elemento 6 di alimentazione presenta una forma parallelepipeda (ovvero in sezione trasversale presenta una forma rettangolare) e si sviluppa lungo una direzione di alimentazione (rettilinea nella forma di attuazione illustrata) tra una apertura 8 di ingresso (attraverso la quale entrano i gas di scarico) ed una apertura 9 di uscita (attraverso la quale escono i gas di scarico). Il condotto 7 tubolare di ciascun elemento 6 di alimentazione presenta una coppia di pareti 10 di scambio tra loro parallele ed opposte e disposte parallelamente alla direzione di alimentazione; a ciascuna parete 10 di scambio termico è appoggiato il lato caldo delle corrispondenti celle 5 termoelettrica.
Secondo quanto illustrato nelle figure 2 e 3, il generatore 1 termoelettrico comprende tre elementi 11 di raffreddamento, ciascuno dei quali è atto a sottrarre calore; i tre elementi 11 di raffreddamento sono intercalati ai condotti 7 degli elementi 6 di alimentazione. In particolare, ciascun elemento 11 di raffreddamento ha una forma parallelepipeda e presenta una coppia di pareti 12 di scambio termico tra loro parallele ed opposte e disposte parallelamente alle pareti 10 di scambio termico dei condotti 7 (ovvero parallelamente alla direzione di alimentazione dei condotti 7); ad alcune pareti 12 di scambio termico sono appoggiati i lati freddi delle corrispondenti celle 5 termoelettriche. In questo modo, in ciascuna cella 5 termoelettrica il lato caldo è appoggiato alla parete 10 di scambio termico di un corrispondente condotto 7 ed il lato freddo è appoggiato alla parete 12 di scambio termico di un corrispondente elemento 11 di raffreddamento.
In altre parole, i condotti 7 dei due elementi 6 di alimentazione sono disposti intercalati ai tre elementi 11 di raffreddamento in modo tale che ciascuna parete 10 di scambio di un condotto 7 sia affacciata ad una corrispondente parete 12 di scambio di un elemento 11 di raffreddamento; tra ciascuna parete 10 di scambio di un condotto 7 e la corrispondente parete 12 di scambio di un elemento 11 di raffreddamento sono interposte delle celle 5 termoelettriche (il lato caldo di ciascuna cella 5 termoelettrica è appoggiato alla parete 10 di scambio termico del condotto 7 ed il lato freddo di ciascuna cella 5 termoelettrica è appoggiato alla parete 12 di scambio termico dell’elemento 11 di raffreddamento).
Secondo quanto illustrato nella figura 4, le dodici celle 5 termoelettriche del generatore 1 termoelettrico sono tra loro elettricamente collegate in serie e parallelo per formare un circuito che all’esterno del generatore 1 termoelettrico presenta due terminali 13 (morsetti); in uso, ai capi dei due terminali 13 viene generata una tensione VTEG elettrica continua ed attraverso i terminali 13 circola una corrente ITEG elettrica continua e di conseguenza il generatore 1 termoelettrico fornisce una potenza PTEG elettrica pari al prodotto della tensione VTEG elettrica per la corrente ITEG elettrica.
I due terminali 13 del generatore 1 termoelettrico sono collegati con un impianto elettrico del veicolo provvisto di (almeno) una batteria 14 mediante l’interposizione di un dispositivo 15 di controllo che esegue due funzioni: nel lato in uscita (ovvero nel lato collegato all’impianto elettrico del veicolo provvisto della batteria 14) fornisce sempre una tensione elettrica adatta a ricaricare la batteria 14 (la batteria 14 presenta tipicamente una tensione VBAT elettrica nominale pari a 12 Volt, oppure la batteria 14 potrebbe presentare una tensione VBAT nominale pari a 48 Volt in alcuni veicoli più recenti) mentre nel lato in ingresso (ovvero nel lato collegato ai due terminali 13 del generatore 1 termoelettrico) fa “vedere” una resistenza elettrica equivalente variabile che permette di ottimizzare (secondo modalità descritte in seguito) il funzionamento del generatore 1 termoelettrico. In altre parole, il dispositivo 15 di controllo nel lato in ingresso (ovvero nel lato collegato ai due terminali 13 del generatore 1 termoelettrico) crea una resistenza elettrica equivalente tale per cui la tensione VTEG elettrica tra i due terminali 13 e la corrente ITEG elettrica che fluisce attraverso due terminali 13 hanno valori tali da ottimizzare il funzionamento del generatore 1 termoelettrico.
Nel diagramma della figura 5 è illustrata la retta A che costituisce il luogo di tutti i possibili punti di lavoro (funzionamento) del generatore 1 termoelettrico nel piano tensione VTEG elettrica e corrente ITEG elettrica per una data differenza di temperatura sulle due facce delle celle 5 termoelettriche: la retta A si estende da un punto IMAX all’estrema sinistra (corrispondente alla corrente di corto circuito) in cui la corrente ITEG elettrica è massima (ovvero è pari ad un valore massimo) e la tensione VTEG elettrica è nulla ad un punto VMAX all’estrema destra (corrispondente alla tensione di circuito aperto) in cui la tensione VTEG elettrica è massima (ovvero è pari ad un valore massimo) e la corrente ITEG elettrica è nulla. Nel punto IMAX all’estrema sinistra della retta A la resistenza elettrica è teoricamente nulla (essendo la tensione VTEG elettrica nulla) ed anche la potenza PTEG elettrica fornita dal generatore 1 termoelettrico è teoricamente nulla (essendo la tensione VTEG elettrica nulla); nel punto VMAX all’estrema destra della retta A la resistenza elettrica è teoricamente infinita (essendo la corrente ITEG elettrica nulla) e la potenza PTEG elettrica fornita dal generatore 1 termoelettrico è teoricamente nulla (essendo la corrente ITEG elettrica nulla). La potenza PTEG elettrica fornita dal generatore 1 termoelettrico ha un andamento a parabola rovesciata rappresentato dalla curva B (ottenuta banalmente con il prodotto tra la tensione VTEG elettrica e la corrente ITEG elettrica di tutti i punti della retta A).
Variando la differenza di temperatura tra il lato caldo ed il lato freddo delle celle 5 termoelettriche del generatore 1 termoelettrico, le curve A o B illustrate nella figura 5 non modificano la loro conformazione ma si spostano verso l’alto (in caso di aumento della differenza di temperatura che determina la generazione di una maggiore potenza PTEG elettrica) o verso il basso (in caso di diminuzione della differenza di temperatura che determina la generazione di una minore potenza PTEG elettrica).
Nella figura 5 è illustrato nel quadrante in alto a destra (ovvero nel quadrante in cui la tensione VTEG elettrica e la corrente ITEG elettrica sono entrambe positive) il (normale) funzionamento del generatore 1 termoelettrico come generatore, ovvero come dispositivo in grado di generare e quindi erogare una potenza PTEG elettrica positiva. Nella figura 5 è illustrato nel quadrante in alto a sinistra (ovvero nel quadrante in cui la tensione VTEG elettrica è negativa e la corrente ITEG elettrica è positiva) anche il (atipico) funzionamento del generatore 1 termoelettrico come pompa di calore, ovvero come dispositivo che assorbe potenza PTEG elettrica (ovvero genera una potenza PTEG elettrica negativa) per trasferire calore dal lato caldo al lato freddo delle celle 5 termoelettriche.
Secondo altre forme di attuazione, la conformazione del generatore 1 termoelettrico potrebbe essere del tutto differente (ovvero può essere previsto un diverso numero di celle 5 termoelettriche, può essere previsto un diverso collegamento termico delle celle 5 termoelettriche, può essere previsto un diverso collegamento elettrico delle celle 5 termoelettriche…); l’unico punto fermo è che il generatore 1 termoelettrico deve comprendere almeno una cella 5 termoelettrica che presenta un lato caldo ed un lato freddo ed è collegabile elettricamente ad un impianto elettrico del veicolo.
Con riferimento alla figura 5, viene di seguito descritto il funzionamento del dispositivo 15 di controllo per stabilire di volta in volta il punto di funzionamento (ottimale) del generatore 1 termoelettrico (il punto di funzionamento del generatore 1 termoelettrico è definito dalla coppia costituita dalla tensione VTEG elettrica generata dal generatore 1 termoelettrico e dalla corrente ITEG elettrica che attraversa il generatore 1 termoelettrico).
Le celle 5 termoelettriche non sono in grado di sopportare temperature troppo elevate, ovvero la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche non deve mai superare una temperatura TCRT critica oltre la quale si possono verificare dei danneggiamenti per surriscaldamento alle celle 5 termoelettriche stesse.
In uso, il dispositivo 15 di controllo determina ciclicamente la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche e confronta la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche con un valore TTRH di soglia predeterminato (adeguatamente inferiore alla temperatura TCRT critica). E’ importante sottolineare che il dispositivo 15 di controllo può misurare direttamente la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche mediante dei sensori di temperatura, oppure può stimare indirettamente (ovvero senza una misura diretta) la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche ad esempio in funzione del punto di lavoro nel piano tensione/corrente del generatore 1 termoelettrico (ovvero in funzione della tensione VTEG elettrica generata dal generatore 1 termoelettrico e della corrente ITEG elettrica che attraversa il generatore 1 termoelettrico).
Quando la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche è inferiore al valore TTRH di soglia il dispositivo 15 di controllo ha come unico obiettivo la massimizzazione della potenza PTEG elettrica fornita dal generatore 1 termoelettrico operando secondo metodi di ottimizzazione noti e generalmente indicati con l’acronimo di “MPPT” (“Maximum Power Point Tracker”); in altre parole, il dispositivo 15 di controllo modifica la resistenza elettrica equivalente vista dai terminali 13 del dispositivo 15 di controllo per cercare di fare funzionare sempre il dispositivo 15 di controllo nel punto P1 (corrispondente alla corrente I1 elettrica ed alla tensione V1 elettrica) in cui viene massimizzata la generazione della potenza PTEG elettrica. Quando la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche è superiore al valore TTRH di soglia il dispositivo 15 di controllo ha come obiettivo principale la diminuzione della temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche (ovvero di raffreddare il lato caldo delle celle 5 termoelettriche) aumentando l’intensità della corrente ITEG elettrica che fluisce attraverso il generatore 1 termoelettrico (ovvero attraverso le celle 5 termoelettriche del generatore 1 termoelettrico); in altre parole, il dispositivo 15 di controllo non insegue più la generazione della massima potenza PTEG elettrica, ma si prefigge di diminuire la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche aumentando (a costo di diminuire la potenza PTEG elettrica generata) l’intensità della corrente ITEG elettrica che fluisce attraverso il generatore 1 termoelettrico.
Preferibilmente, al confronto tra la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche ed il valore TTRH di soglia viene applicata una isteresi (l'isteresi è un fenomeno per cui il valore assunto da una grandezza dipendente da altre è determinato, oltre che dai valori istantanei di queste ultime, anche dai valori che avevano assunto in precedenza; ovvero, in altre parole, l'isteresi è la caratteristica di un sistema di reagire in ritardo alle sollecitazioni applicate e in dipendenza dello stato precedente); in questo modo, la modalità di controllo del punto di lavoro nel piano tensione/corrente del generatore 1 termoelettrico non viene modificata con una frequenza troppo elevata quando la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche è in un intorno del valore TTRH di soglia.
Quanto sopra descritto è ben illustrato nella figura 5: quando la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche è inferiore al valore TTRH di soglia il dispositivo 15 di controllo ha come unico obiettivo la massimizzazione della potenza PTEG elettrica fornita dal generatore 1 termoelettrico e quindi il generatore 1 termoelettrico opera in un intorno del punto P1 (corrispondente alla massima potenza PTEG elettrica generabile), invece quando la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche è superiore al valore TTRH di soglia il dispositivo 15 di controllo cerca di diminuire la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche aumentando l’intensità della corrente ITEG elettrica che fluisce attraverso il generatore 1 termoelettrico e quindi il generatore 1 termoelettrico opera, ad esempio, nel punto P2 (corrispondente alla corrente I2 elettrica ed alla tensione V2 elettrica) in cui l’intensità della corrente ITEG elettrica è maggiore (ma complessivamente diminuisce la potenza PTEG elettrica generata). Ovviamente, tanto maggiore è la differenza tra la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche ed il valore TTRH di soglia (ovvero tanto più il lato caldo delle celle 5 termoelettriche è “surriscaldato”), tanto maggiore deve essere l’intensità della corrente ITEG elettrica che fluisce attraverso il generatore 1 termoelettrico (per aumentare l’effetto di raffreddamento) e quindi tanto minore è la potenza PTEG elettrica generata; in altre parole, tanto maggiore è la differenza tra la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche ed il valore TTRH di soglia, tanto più si sposta verso sinistra (ovvero verso il punto di lavoro nel piano tensione/corrente a massima corrente ITEG elettrica) il punto di lavoro nel piano tensione/corrente imposto al generatore 1 termoelettrico dal dispositivo 15 di controllo. Ciascuna cella 5 termoelettrica è costituita da due materiali semiconduttori drogati di tipo N e di tipo P collegati tra loro da una lamella di materiale metallico; in caso di differenza di temperatura tra il lato freddo ed il lato caldo, si instaura la generazione di una differenza di tensione (e quindi potenzialmente la generazione di una corrente elettrica) secondo l’effetto Seebeck (l'effetto Seebeck è un effetto termoelettrico per cui, in un circuito costituito da conduttori metallici o semiconduttori, una differenza di temperatura genera elettricità). Inoltre, quando ciascuna cella 5 termoelettrica è attraversata da una corrente elettrica si instaura anche un trasferimento di calore dal lato caldo al lato freddo (ovvero un “pompaggio” di calore dal lato caldo al lato freddo che tende a raffreddare il lato caldo ed a riscaldare il lato freddo) secondo l’effetto Peltier (l'effetto Peltier è il fenomeno termoelettrico per cui una corrente elettrica che scorre tra due metalli o semiconduttori differenti posti in contatto, ovvero in una giunzione Peltier, produce un trasferimento di calore; a seconda della direzione della corrente, la giunzione emette o assorbe calore, permettendo di realizzare un dispositivo riscaldante o raffreddante). L’effetto Peltier è generalmente una condizione parassita ed indesiderata che tende a ridurre la differenza di temperatura tra il lato caldo ed il lato freddo e quindi tende a ridurre la potenza PTEG elettrica generata. L’effetto Peltier è tanto più intenso quanto maggiore è l’intensità della corrente elettrica che attraversa ciascuna cella 5 termoelettrica e quindi aumentando l’intensità della corrente elettrica aumenta il trasferimento di calore dal lato caldo al lato freddo (ovvero aumenta il raffreddamento del lato caldo della cella 5 termoelettrica).
Secondo quanto sopra descritto, quando la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche è inferiore al valore TTRH di soglia il dispositivo 15 di controllo ha come unico obiettivo la massimizzazione della potenza PTEG elettrica fornita dal generatore 1 termoelettrico; di conseguenza, il dispositivo 15 di controllo si disinteressa dell’effetto Peltier che rimane un effetto parassita (ovvero indesiderato). Invece, quando la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche è superiore al valore TTRH di soglia il dispositivo 15 di controllo cerca di diminuire la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche aumentando l’intensità della corrente ITEG elettrica che fluisce attraverso il generatore 1 termoelettrico; ovvero, il dispositivo 15 di controllo sfrutta l’effetto Peltier (che viene amplificato aumentando l’intensità della corrente ITEG elettrica che fluisce attraverso il generatore 1 termoelettrico a scapito della potenza PTEG elettrica generata) per diminuire la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche.
Secondo una possibile forma di attuazione illustrata nella figura 6, quando la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche è superiore al valore TTRH di soglia il dispositivo 15 di controllo utilizza un controllo in retroazione in cui la variabile di retroazione è la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche (quindi l’errore εT del controllo è la differenza tra la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche ed il valore TTRH di soglia) e la variabile di manipolazione (che viene controllata in funzione dell’errore εT di controllo) è l’intensità della corrente ITEG elettrica che fluisce attraverso il generatore 1 termoelettrico.
Secondo una possibile forma di attuazione illustrata nella figura 5, se facendo funzionare il generatore 1 termoelettrico come generatore elettrico (ovvero facendo generare al generatore 1 termoelettrico una potenza PTEG elettrica positiva che viene fornita verso l’esterno dal generatore 1 termoelettrico) la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche non viene ridotta in modo sufficiente, è anche possibile utilizzare una modalità di funzionamento speciale (di emergenza) in cui il generatore 1 termoelettrico viene fatto funzionare come pompa di calore assorbendo dall’esterno una potenza PTEG elettrica (ovvero generando una potenza PTEG elettrica negativa che viene quindi assorbita dal generatore 1 termoelettrico). In altre parole, facendo funzionare il generatore 1 termoelettrico come generatore elettrico il valore massimo della corrente ITEG elettrica è pari al valore IMAX; se tale valore massimo della corrente ITEG elettrico non fosse ancora sufficiente a determinare (per l’effetto Peltier di trasferimento di calore dal lato caldo al lato freddo delle celle 5 termoelettriche) una adeguata diminuzione della temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche è possibile incrementare ulteriormente la corrente ITEG elettrica (oltre al valore IMAX) facendo funzionare il generatore 1 termoelettrico come pompa di calore assorbendo dall’esterno una potenza PTEG elettrica. Ovviamente, la modalità di funzionamento come pompa di calore del generatore 1 termoelettrico (ovvero assorbendo dall’esterno una potenza PTEG elettrica) è una modalità di funzionamento eccezionale (di emergenza) che viene utilizzata come “extrema ratio” quando non si riesce a tenere sotto controllo in altro modo la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche per evitare di danneggiare per surriscaldamento le celle 5 termoelettriche stesse. In altre parole, per proteggere le celle 5 termoelettriche da possibili danni per surriscaldamento, in situazione di emergenza è possibile fare funzionare (normalmente per un tempo molto limitato) il generatore 1 termoelettrico come pompa di calore (ovvero assorbendo dall’esterno una potenza PTEG elettrica) in modo da massimizzare il trasferimento di calore dal lato caldo al lato freddo delle celle 5 termoelettriche.
Nella figura 6, la modalità di funzionamento come pompa di calore del generatore 1 termoelettrico avviene nel punto P3 (corrispondente alla corrente I3 elettrica ed alla tensione V3 elettrica negativa).
Nella figura 7 è illustrato un convertitore 16 elettronico DC-DC che è parte del dispositivo 15 di controllo e collega il generatore 1 termoelettrico (ovvero i due terminali 13 del generatore 1 termoelettrico) alla batteria 14 (ovvero a due terminali della batteria 14) eseguendo continuamente un adattamento (conversione) della tensione VTEG del generatore 1 termoelettrico alla tensione VBAT della batteria 14. In particolare, il convertitore 16 elettronico DC-DC presenta un terminale 17 di ingresso positivo che è direttamente collegato ad un terminale 13 positivo del generatore 1 termoelettrico ed un terminale 18 di ingresso negativo che è collegato a massa GND elettrica assieme ad un terminale 13 negativo del generatore 1 termoelettrico; analogamente, il convertitore 16 elettronico DC-DC presenta un terminale 19 di uscita positivo che è direttamente collegato ad un terminale positivo della batteria 14 ed un terminale 20 di uscita negativo che è collegato a massa GND elettrica assieme ad un terminale negativo della batteria 14.
Secondo quanto illustrato nella figura 7, il convertitore 16 elettronico DC-DC comprende un condensatore C di filtro che è collegato in ingresso al convertitore 16 elettronico DC-DC in parallelo al generatore 1 termoelettrico (ovvero in parallelo ai terminali 17 e 18 di ingresso del convertitore 16 elettronico DC-DC) e comprende un ulteriore condensatore di filtro (non illustrato) che è collegato in uscita al convertitore 16 elettronico DC-DC in parallelo alla batteria 14 (ovvero in parallelo ai terminali 19 e 20 di uscita del convertitore 16 elettronico DC-DC).
Secondo quanto illustrato nella figura 7, il convertitore 16 elettronico DC-DC comprende:
una unica induttanza L che è collegata tra due nodi 21 e 22;
un transistor Q1 mosfet che è collegato tra il terminale 17 di ingresso positivo ed il nodo 21 con l’interposizione di un diodo D1 (ovvero il diodo D1 è collegato in serie al transistor Q1 mosfet tra il transistor Q1 mosfet stesso ed il nodo 21 e permette un flusso di corrente solo verso il nodo 21);
un transistor Q2 mosfet che è collegato tra il nodo 22 e la massa GND elettrica;
un diodo D2 che è collegato tra il nodo 22 ed il terminale 19 di uscita positivo e permette un flusso di corrente solo verso il terminale 19 di uscita positivo;
un transistor Q3 mosfet che è collegato tra il terminale 19 di uscita positivo ed il nodo 21 con l’interposizione di un diodo D3 (ovvero il diodo D3 è collegato in serie al transistor Q3 mosfet tra il transistor Q3 mosfet stesso ed il nodo 21 e permette un flusso di corrente solo verso il nodo 21); ed
un transistor Q4 mosfet che è collegato tra il nodo 21 la massa GND elettrica con l’interposizione di un diodo D4 (ovvero il diodo D4 è collegato in serie al transistor Q4 mosfet tra il transistor Q4 mosfet stesso ed il nodo 21 e permette un flusso di corrente solo verso il nodo 21).
Il convertitore 16 elettronico DC-DC è in grado di trasferire energia elettrica tra il generatore 1 termoelettrico e la batteria 14 sia quando il generatore 1 termoelettrico eroga energia elettrica (e quindi la batteria 14 assorbe energia elettrica e la tensione VTEG elettrica del generatore 1 termoelettrico è positiva), sia quando il generatore 1 termoelettrico assorbe energia elettrica (e quindi la batteria 14 eroga energia elettrica e la tensione VTEG elettrica del generatore 1 termoelettrico è negativa). In altre parole, il convertitore 16 elettronico DC-DC è bidirezionale in quanto permette di trasferire energia elettrica in entrambe le direzioni. Inoltre, il convertitore 16 elettronico DC-DC è in grado di trasferire energia elettrica tra il generatore 1 termoelettrico e la batteria 14 indipendentemente dal valore effettivo della tensione VTEG elettrica del generatore 1 termoelettrico, ovvero indipendentemente dal fatto che la tensione VTEG elettrica del generatore 1 termoelettrico sia (in valore assoluto) maggiore o minore della tensione VBAT della batteria 14.
Il convertitore 16 elettronico DC-DC comprende una unità ECU di controllo che pilota i quattro transistor Q1-Q4 mosfet per fare operare il convertitore 16 elettronico DC-DC nel modo ottimale in funzione della tensione VTEG elettrica del generatore 1 termoelettrico. In particolare, l’unità ECU di controllo confronta la tensione VTEG elettrica del generatore 1 termoelettrico (misurata da un apposito sensore di tensione non illustrato) con un valore VTHD+ di soglia positivo predeterminato e con un valore VTHD- di soglia negativo predeterminato ed identifica tre diverse modalità di funzionamento per il convertitore 16 elettronico DC-DC:
una prima modalità di funzionamento quando la tensione VTEG elettrica del generatore 1 termoelettrico è positiva e in valore assoluto maggiore del valore VTHD+ di soglia positivo (ovvero VTEG > VTHD+);
una seconda modalità di funzionamento quando la tensione VTEG elettrica del generatore 1 termoelettrico è positiva o negativa ed compresa tra i due valori VTHD+ e VTHD-di soglia (ovvero VTHD- < VTEG < VTHD+), cioè quando la tensione VTEG elettrica è un intorno di zero; ed
una terza modalità di funzionamento quando la tensione VTEG elettrica del generatore 1 termoelettrico è negativa minore del valore VTHD- di soglia negativo (ovvero VTEG < VTHD-).
In valore assoluto, i due valori VTHD+ e VTHD- di soglia possono essere uguali o diversi e sono generalmente pari a qualche Volt (normalmente sono compresi tra 1 e 5 Volt).
Generalmente, nella prima e nella terza modalità di funzionamento in cui la tensione VTEG elettrica del generatore 1 termoelettrico è maggiore del valore VTHD+ o minore del valore VTHD- di soglia negativo, l’unica induttanza L viene alternativamente (ciclicamente) percorsa per un certo periodo di tempo da una corrente elettrica che interessa il generatore 1 termoelettrico e per un altro periodo di tempo da una corrente elettrica che interessa la batteria 14; in altre parole, generalmente nella prima e nella terza modalità di funzionamento in cui la tensione VTEG elettrica del generatore 1 termoelettrico è maggiore del valore VTHD+ o minore del valore VTHD- di soglia negativo, l’unica induttanza L viene alternativamente (ciclicamente) collegata per un certo periodo di tempo al generatore 1 termoelettrico e per un altro periodo di tempo alla batteria 14. In questo modo, l’unica induttanza L viene ciclicamente caricata (ovvero aumenta l’energia elettrica reattiva immagazzinata nella induttanza L e quindi aumenta l’intensità della corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L) e scaricata (ovvero diminuisce l’energia elettrica reattiva immagazzinata nella induttanza L e quindi diminuisce l’intensità della corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L).
Invece, nella seconda modalità di funzionamento in cui la tensione VTEG elettrica è compresa tra i due valori VTHD+ e VTHD- di soglia, l’unica induttanza L può venire percorsa per un certo periodo di tempo anche da una corrente elettrica che interessa sia il generatore 1 termoelettrico, sia la batteria 14.
La prima modalità di funzionamento (VTEG > VTHD+) del convertitore 16 elettronico DC-DC della figura 7 è illustrata nella figura 8 e prevede che per caricare l’induttanza L (ovvero per fare assorbire alla induttanza L energia elettrica reattiva aumentando l’intensità della corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L) sia necessario collegare l’induttanza L al generatore 1 termoelettrico (che in questo caso cede energia elettrica) attivando (portando in conduzione, accendendo) i transistor Q1 e Q2 mosfet in modo tale che la corrente ITEG elettrica (il cui percorso è evidenziato con linea continua) proveniente dal generatore 1 termoelettrico entri dal terminale 17 di ingresso positivo, arrivi al nodo 21 passando attraverso il transistor Q1 mosfet ed attraverso il diodo D1, arrivi al nodo 22 passando attraverso l’induttanza L, ed infine arrivi alla massa GND elettrica passando attraverso il transistor Q2 mosfet.
Inoltre, la prima modalità di funzionamento (VTEG > VTHD+) del convertitore 16 elettronico DC-DC della figura 7 prevede che per scaricare l’induttanza L (ovvero per fare cedere alla induttanza L energia elettrica reattiva diminuendo l’intensità della corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L) sia necessario collegare l’induttanza L alla batteria 14 (che in questo caso assorbe energia elettrica) attivando (portando in conduzione, accedendo) il solo transistor Q4 in modo tale che la corrente elettrica (il cui percorso è evidenziato con linea tratteggiata) che entra nella batteria 14 esca dalla massa GND elettrica, arrivi al nodo 21 passando attraverso il transistor Q4 mosfet ed attraverso il diodo D4, arrivi al nodo 22 passando attraverso l’induttanza L, ed infine arrivi al terminale 19 di uscita positivo passando attraverso il diodo D2.
In alternativa, nella prima modalità di funzionamento ed in entrambe le fasi di carica e scarica della induttanza L, il transistor Q2 mosfet può essere mantenuto costantemente disattivo (spento) qualora la tensione VTEG elettrica del generatore 1 termoelettrico sia sufficientemente maggiore (ad esempio maggiore di 1-3 Volt, tipicamente circa 2 Volt) della tensione VBAT elettrica della batteria 14; in questo caso, la corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L fluisce direttamente nella batteria 14 in entrambe le fasi di carica e scarica. Questo modo di controllo in cui il transistor Q2 mosfet è mantenuto costantemente disattivo riduce la corrente elettrica efficace nel condensatore in uscita disposto in parallelo alla batteria 14 (ovvero collegato tra i due terminali 19 e 20 di uscita e non illustrato nelle figure allegate).
In alternativa, nella prima modalità di funzionamento ed in entrambe le fasi di carica e scarica della induttanza L, il transistor Q1 mosfet può essere mantenuto costantemente attivo (acceso) qualora la tensione VTEG elettrica del generatore 1 termoelettrico sia sufficientemente minore (ad esempio minore di 1-3 Volt, tipicamente circa 2 Volt) della tensione VBAT elettrica della batteria 14; in questo caso, la corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L viene assorbita direttamente dal generatore 1 termoelettrico in entrambe le fasi di carica e scarica. Questo modo di controllo in cui il transistor Q1 mosfet è mantenuto costantemente attivo riduce la corrente elettrica efficace nel condensatore C in ingresso disposto in parallelo al generatore 1 termoelettrico batteria 14 (ovvero collegato tra i due terminali 17 e 18 di ingresso).
Nella prima modalità di funzionamento, il transistor Q4 mosfet può venire mantenuto costantemente attivo (in conduzione, acceso), ovvero non è necessario attivare e disattivare il transistor Q4 mosfet ma è possibile mantenere sempre attivo il transistor Q4 mosfet indipendentemente dal fatto che l’induttanza L si carichi o si scarichi.
La seconda modalità di funzionamento (VTHD- < VTEG < VTHD+) del convertitore 16 elettronico DC-DC della figura 7 è illustrata nella figura 9 e prevede che per caricare l’induttanza L (ovvero per fare assorbire alla induttanza L energia elettrica reattiva aumentando l’intensità della corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L) sia necessario collegare l’induttanza L alla batteria 14 (che in questo caso cede energia elettrica) attivando i transistor Q2 e Q3 in modo tale che la corrente elettrica (il cui percorso è evidenziato con linea continua) che esce dalla batteria 14 passi attraverso il morsetto 19 di uscita positivo, arrivi al nodo 21 passando attraverso il transistor Q3 mosfet ed attraverso il diodo D3, arrivi al nodo 22 passando attraverso l’induttanza L, ed infine arrivi alla massa GND elettrica passando attraverso il transistor Q2 mosfet.
Inoltre, la seconda modalità di funzionamento (VTHD- < VTEG < VTHD+) del convertitore 16 elettronico DC-DC della figura 7 prevede che per scaricare l’induttanza L (ovvero per fare cedere alla induttanza L energia elettrica reattiva diminuendo l’intensità della corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L) sia necessario collegare l’induttanza L alla batteria 14 (che in questo caso assorbe energia elettrica) ed al generatore 1 termoelettrico (che in questo caso cede energia elettrica ma in misura minima in quanto la sua tensione VTEG elettrica è prossima allo zero) attivando il solo transistor Q1 in modo tale che la corrente ITEG elettrica (il cui percorso è evidenziato con linea tratteggiata) proveniente dal generatore 1 termoelettrico entri dal terminale 17 di ingresso positivo, arrivi al nodo 21 passando attraverso il transistor Q1 mosfet ed attraverso il diodo D1, arrivi al nodo 22 passando attraverso l’induttanza L, ed infine arrivi al morsetto 19 di uscita positivo passando attraverso il diodo D2 .
Nella seconda modalità di funzionamento, il transistor Q4 mosfet deve venire mantenuto costantemente disattivo (spento).
La terza modalità di funzionamento (VTEG < VTHD-) del convertitore 16 elettronico DC-DC della figura 7 è illustrata nella figura 10 e prevede che per caricare l’induttanza L (ovvero per fare assorbire alla induttanza L energia elettrica reattiva aumentando l’intensità della corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L) sia necessario collegare l’induttanza L alla batteria 14 (che in questo caso cede energia elettrica) attivando i transistor Q2 e Q3 mosfet in modo tale che la corrente elettrica (il cui percorso è evidenziato con linea continua) che esce dalla batteria 14 attraverso il terminale 19 di uscita positivo, arrivi al nodo 21 passando attraverso il transistor Q3 mosfet ed attraverso il diodo D3, arrivi al nodo 22 passando attraverso l’induttanza L, ed infine arrivi alla massa GND elettrica passando attraverso il transistor Q2.
Inoltre, la terza modalità di funzionamento (VTEG < VTHD-) del convertitore 16 elettronico DC-DC della figura 7 prevede che per scaricare l’induttanza L (ovvero per fare cedere alla induttanza L energia elettrica reattiva diminuendo l’intensità della corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L) sia necessario collegare l’induttanza L al generatore 1 termoelettrico (che in questo caso assorbe energia elettrica) attivando i transistor Q1 e Q2 mosfet in modo tale che la corrente ITEG elettrica (il cui percorso è evidenziato con linea tratteggiata) proveniente dal generatore 1 termoelettrico entri dal terminale 17 di ingresso positivo, arrivi al nodo 21 passando attraverso il transistor Q1 mosfet ed attraverso il diodo D1, arrivi al nodo 22 passando attraverso l’induttanza L, ed infine arrivi alla massa GND elettrica passando attraverso il transistor Q2 mosfet.
Nella terza modalità di funzionamento, i transistor Q1 e Q2 mosfet possono venire mantenuti costantemente attivi (in conduzione, accesi), ovvero non è necessario attivare e disattivare i transistor Q1 e Q2 mosfet ma è possibile mantenere sempre attivi i transistor Q1 e Q2 mosfet.
Nella figura 11 è illustrata una variante del convertitore 16 elettronico DC-DC della figura 7 che si differenza dal convertitore 16 elettronico DC-DC illustrato nella figura 7 per la presenza di un ulteriore nodo 23 su cui sono collegati il transistor Q1 mosfet prima del diodo D1 ed il transistor Q4 mosfet dopo il diodo D4, mentre il diodo D1 collega il nodo 23 al nodo 21; in altre parole, nella forma di attuazione illustrata nella figura 11, il transistor Q1 mosfet è collegato tra il terminale 17 di ingresso positivo ed il nodo 23 senza l’interposizione del diodo D1, il transistor Q4 mosfet è collegato tra il nodo 23 e la massa GND elettrica con l’interposizione del diodo D4, ed il diodo D1 collega il nodo 23 al nodo 21 permettendo un flusso di corrente solo verso il nodo 21.
Nelle Figure 12, 13 e 14 sono illustrate le tre modalità di funzionamento del convertitore 16 elettronico DC-DC della figura 7.
La prima modalità di funzionamento (VTEG > VTHD+) del convertitore 16 elettronico DC-DC della figura 11 è illustrata nella figura 12 e prevede che per caricare l’induttanza L (ovvero per fare assorbire alla induttanza L energia elettrica reattiva aumentando l’intensità della corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L) sia necessario collegare l’induttanza L al generatore 1 termoelettrico (che in questo caso cede energia elettrica) vengano attivati (portati in conduzione, accesi) i transistor Q1 e Q2 mosfet in modo tale che la corrente ITEG elettrica (il cui percorso è evidenziato con linea continua) proveniente dal generatore 1 termoelettrico entri dal terminale 17 di ingresso positivo, arrivi al nodo 23 passando attraverso il transistor Q1 mosfet, arrivi al nodo 21 passando attraverso il diodo D1, arrivi al nodo 22 passando attraverso l’induttanza L (che viene caricata, ovvero assorbe energia elettrica reattiva, aumentando l’intensità della corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L), ed infine arrivi alla massa GND elettrica passando attraverso il transistor Q2 mosfet.
Inoltre, la prima modalità di funzionamento (VTEG > VTHD+) del convertitore 16 elettronico DC-DC della figura 11 prevede che per scaricare l’induttanza L (ovvero per fare cedere alla induttanza L energia elettrica reattiva diminuendo l’intensità della corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L) sia necessario collegare l’induttanza L alla batteria 14 (che in questo caso assorbe energia elettrica) venga attivato (portato in conduzione, acceso) il solo transistor Q4 in modo tale che la corrente elettrica (il cui percorso è evidenziato con linea tratteggiata) che entra nella batteria 14 esca dalla massa GND elettrica, arrivi al nodo 23 passando attraverso il transistor Q4 mosfet ed attraverso il diodo D4, arrivi al nodo 21 passando attraverso il diodo D1, arrivi al nodo 22 passando attraverso l’induttanza L (che viene scaricata, ovvero cede energia elettrica reattiva, diminuendo l’intensità della corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L), ed infine arrivi al terminale 19 di uscita positivo passando attraverso il diodo D2.
In alternativa, nella prima modalità di funzionamento ed in entrambe le fasi di carica e scarica della induttanza L, il transistor Q2 mosfet può essere mantenuto costantemente disattivo (spento) qualora la tensione VTEG elettrica del generatore 1 termoelettrico sia sufficientemente maggiore (ad esempio maggiore di 1-3 Volt, tipicamente circa 2 Volt) della tensione VBAT elettrica della batteria 14; in questo caso, la corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L fluisce direttamente nella batteria 14 in entrambe le fasi di carica e scarica. Questo modo di controllo in cui il transistor Q2 mosfet è mantenuto costantemente disattivo riduce la corrente elettrica efficace nel condensatore in uscita disposto in parallelo alla batteria 14 (ovvero collegato tra i due terminali 19 e 20 di uscita e non illustrato nelle figure allegate).
In alternativa, nella prima modalità di funzionamento ed in entrambe le fasi di carica e scarica della induttanza L, il transistor Q1 mosfet può essere mantenuto costantemente attivo (acceso) qualora la tensione VTEG elettrica del generatore 1 termoelettrico sia sufficientemente minore (ad esempio minore di 1-3 Volt, tipicamente circa 2 Volt) della tensione VBAT elettrica della batteria 14; in questo caso, la corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L viene assorbita direttamente dal generatore 1 termoelettrico in entrambe le fasi di carica e scarica. Questo modo di controllo in cui il transistor Q1 mosfet è mantenuto costantemente attivo riduce la corrente elettrica efficace nel condensatore C in ingresso disposto in parallelo al generatore 1 termoelettrico batteria 14 (ovvero collegato tra i due terminali 17 e 18 di ingresso).
Nella prima modalità di funzionamento, il transistor Q4 mosfet può venire mantenuto costantemente attivo (in conduzione, acceso), ovvero non è necessario attivare e disattivare il transistor Q4 mosfet ma è possibile mantenere sempre attivo il transistor Q4 mosfet indipendentemente dal fatto che l’induttanza L si carichi o si scarichi.
La seconda modalità di funzionamento (VTHD- < VTEG < VTHD+) del convertitore 16 elettronico DC-DC della figura 11 è illustrata nella figura 13 e prevede che per caricare l’induttanza L (ovvero per fare assorbire alla induttanza L energia elettrica reattiva aumentando l’intensità della corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L) sia necessario collegare l’induttanza L alla batteria 14 (che in questo caso cede energia elettrica) attivando i transistor Q2 e Q3 in modo tale che la corrente elettrica (il cui percorso è evidenziato con linea continua) che esce dalla batteria 14 passi attraverso il morsetto 19 di uscita positivo, arrivi al nodo 21 passando attraverso il transistor Q3 mosfet ed attraverso il diodo D3, arrivi al nodo 22 passando attraverso l’induttanza L, ed infine arrivi alla massa GND elettrica passando attraverso il transistor Q2 mosfet.
Inoltre, la seconda modalità di funzionamento (VTHD- < VTEG < VTHD+) del convertitore 16 elettronico DC-DC della figura 11 prevede che per scaricare l’induttanza L (ovvero per fare cedere alla induttanza L energia elettrica reattiva diminuendo l’intensità della corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L) sia necessario collegare l’induttanza L alla batteria 14 (che in questo caso assorbe energia elettrica) ed al generatore 1 termoelettrico (che in questo caso cede energia elettrica ma in misura minima in quanto la sua tensione VTEG elettrica è prossima allo zero) attivando il solo transistor Q1 in modo tale che la corrente ITEG elettrica (il cui percorso è evidenziato con linea tratteggiata) proveniente dal generatore 1 termoelettrico entri dal terminale 17 di ingresso positivo, arrivi al nodo 21 passando attraverso il transistor Q1 mosfet ed attraverso il diodo D1, arrivi al nodo 22 passando attraverso l’induttanza L, ed infine arrivi al morsetto 19 di uscita positivo passando attraverso il diodo D2.
Nella seconda modalità di funzionamento, il transistor Q4 mosfet deve venire mantenuto costantemente disattivo (spento).
La terza modalità di funzionamento (VTEG < VTHD-) del convertitore 16 elettronico DC-DC della figura 11 è illustrata nella figura 14 e prevede che per caricare l’induttanza L (ovvero per fare assorbire alla induttanza L energia elettrica reattiva aumentando l’intensità della corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L) sia necessario collegare l’induttanza L alla batteria 14 (che in questo caso cede energia elettrica) attivando<i transistor Q2 e Q3 mosfet in modo tale che la corrente elettrica (il cui percorso è evidenziato con linea tratteggiata) che esce dal terminale 19 di uscita positivo, arrivi al nodo 21 passando attraverso il transistor Q3 mosfet ed attraverso il diodo D3, arrivi al nodo 22 passando attraverso l’induttanza L, ed infine arrivi alla massa GND elettrica passando attraverso il transistor Q2 mosfet.
Inoltre, la terza modalità di funzionamento (VTEG < VTHD-) del convertitore 16 elettronico DC-DC della figura 11 prevede che per scaricare l’induttanza L (ovvero per fare cedere alla induttanza L energia elettrica reattiva diminuendo l’intensità della corrente IL elettrica che percorre l’induttanza L) sia necessario collegare l’induttanza L al generatore 1 termoelettrico (che in questo caso assorbe energia elettrica) attivando<i transistor Q1 e Q2 mosfet in modo tale che la corrente ITEG elettrica (il cui percorso è evidenziato con linea tratteggia) proveniente dal generatore 1 termoelettrico entri dal terminale 17 di ingresso positivo, arrivi al nodo 23 passando attraverso il transistor Q1 mosfet, arrivi al nodo 21 passando attraverso il diodo D1, arrivi al nodo 22 passando attraverso l’induttanza L, ed infine arrivi alla massa GND elettrica passando attraverso il transistor Q2 mosfet.
Nella terza modalità di funzionamento, i transistor Q1 e Q2 mosfet possono venire mantenuti costantemente attivi (in conduzione, accesi), ovvero non è necessario attivare e disattivare i transistor Q1 e Q2 mosfet ma è possibile mantenere sempre attivi i transistor Q1 e Q2 mosfet.
Nella figura 15 è illustrata una logica di controllo implementata nella unità ECU di controllo che pilota il convertitore 16 elettronico DC-DC (indifferentemente se nella forma di attuazione illustrata nella figura 7 o nella forma di attuazione illustrata nella figura 11); secondo tale logica di controllo viene utilizzato un controllo in retroazione in cui la variabile di retroazione è la corrente ITEG elettrica continua che circola nel generatore 1 termoelettrico.
Quando la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche è inferiore al valore TTRH di soglia il dispositivo 15 di controllo ha come unico obiettivo la massimizzazione della potenza PTEG elettrica fornita dal generatore 1 termoelettrico e quindi il valore della corrente ITEG elettrica continua che circola nel generatore 1 termoelettrico viene stabilito secondo i sopra citati metodi di ottimizzazione noti indicati con l’acronimo di “MPPT”; in altre parole, un valore ITEG-REF di riferimento della corrente ITEG elettrica continua che circola nel generatore 1 termoelettrico viene determinato unicamente secondo i sopra citati metodi di ottimizzazione noti indicati con l’acronimo di “MPPT”.
Invece, quando la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche è superiore al valore TTRH di soglia, il dispositivo 15 di controllo ha come obiettivo il raffreddamento delle celle 5 termoelettriche e quindi viene determinato un valore ITEG-REF di riferimento della corrente ITEG elettrica continua che circola nel generatore 1 termoelettrico in funzione dell’errore εT del controllo (pari alla differenza tra la temperatura THOT del lato caldo delle celle 5 termoelettriche ed il valore TTRH di soglia come descritto in precedenza in relazione a quanto illustrato nella figura 6).
Indipendentemente da come viene determinato il valore ITEG-REF di riferimento della corrente ITEG elettrica continua che circola nel generatore 1 termoelettrico, viene determinato un errore εI del controllo (pari alla differenza tra il valore ITEG-REF di riferimento ed il valore ITEG effettivo della corrente ITEG elettrica continua che circola nel generatore 1 termoelettrico), ed in funzione dell’errore εI del controllo viene determinato (mediante un controllore 24) un valore IL-REF di riferimento della corrente IL elettrica che circola attraverso l’induttanza L. Il valore IL-REF di riferimento della corrente IL elettrica che circola attraverso l’induttanza L viene fornito ad un modulatore 25 PWM che riceve in ingresso anche la tensione VTEG elettrica del generatore 1 termoelettrico e genera i segnali S1PWM, S2PWM, S3PWM ed S4 di pilotaggio per controllare i transistor Q1-Q4 mosfet in modo tale che la corrente IL elettrica (media) che circola attraverso l’induttanza L sia pari al valore IL-REF di riferimento.
In particolare, i segnali S1PWM, S2PWM e S3PWM di pilotaggio sono destinati rispettivamente a pilotare i transistor Q1-Q3 mosfet e presentano una modulazione di larghezza di impulso (o PWM, acronimo di “Pulse-Width Modulation”); infatti, il pilotaggio dei transistor Q1-Q3 mosfet influenza direttamente il valore della corrente IL elettrica che circola attraverso l’induttanza L. Invece il segnale S4 di controllo è privo di modulazione, dipende unicamente dal confronto tra la tensione VTEG elettrica del generatore 1 termoelettrico ed i due valori VTHD+ e VTHD- di soglia ed è destinato a pilotare il transistor Q4 mosfet per “selezionare” la modalità di funzionamento del convertitore 16 elettronico DC-DC.
Nella figura 16 è illustrata una possibile strategia di gestione utilizzando i due valori VTHD+ e VTHD- di soglia; tale strategia di gestione è implementata nella unità ECU di controllo e potrebbe venire implementata con un circuito fisico oppure con un software che viene eseguito in un microprocessore.
Secondo una preferita forma di attuazione, l’unità ECU di controllo controlla la corrente IL elettrica che circola attraverso l’induttanza L mediante un controllo ad isteresi che prevede di mantenere la corrente IL elettrica all’interno di una fascia di controllo che è centrata sul valore IL-REF di riferimento (ovvero mediamente è pari al valore IL-REF di riferimento): la corrente IL elettrica viene fatta crescere fino ad arrivare ad un limite superiore della fascia di controllo, quindi quando la corrente IL elettrica raggiunge il limite superiore della fascia di controllo la corrente IL elettrica viene fatta scendere fino ad arrivare ad un limite inferiore della fascia di controllo, quindi quando la corrente IL elettrica raggiunge il limite inferiore della fascia di controllo la corrente IL elettrica viene fatta crescere nuovamente e così via. Secondo altre forme di attuazione equivalenti, l’unità ECU di controllo controlla la corrente IL elettrica che circola attraverso l’induttanza L mediante un controllo diverso dal controllo ad isteresi (ad esempio un controllo “peak current mode” oppure un controllo “average current mode”).
E’ importante sottolineare che i diodi D1-D4 del convertitore 16 elettronico DC-DC vanno intesi come dispositivi elettronici aventi il funzionamento di diodi, ma fisicamente possono essere realizzati effettivamente con diodi oppure fisicamente possono essere realizzati con transistor mosfet che vengono fatti funzionare come se fossero dei diodi in modo tale da ridurre la caduta di tensione (e quindi la perdita di potenza) a cavallo dei diodi D1-D4.
Nella forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, i transistor Q1-Q4 sono di tipo mosfet; ovviamente, secondo altre forme di attuazione non illustrate i transistor possono essere di tipo diverso.
Nella forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, il generatore 1 di calore è disposto nel sistema di scarico del motore a combustione interna (ovvero sfrutta il calore posseduto dai gas di scarico del motore a combustione interna). Secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, il generatore 1 di calore è disposto nel sistema di aspirazione del motore a combustione interna all’interno di un intercooler (ovvero sfrutta il calore posseduto dall’aria in aspirazione in uscita da un compressore di un turbocompressore).
Le forme di attuazione qui descritte si possono combinare tra loro senza uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione.
Il convertitore 16 elettronico DC-DC sopra descritto presenta numerosi vantaggi.
In primo luogo, il convertitore 16 elettronico DC-DC sopra descritto permette di pilotare il generatore 1 termoelettrico in modo efficiente ed efficace sia quando il generatore termoelettrico presenta una tensione VTEG positiva (fornendo energia elettrica), sia quando il generatore 1 termoelettrico presenta una tensione VTEG negativa (assorbendo energia elettrica).
Inoltre, il convertitore 16 elettronico DC-DC sopra descritto presenta un costo relativamente contenuto in quanto è composto da una unica induttanza L e da otto componenti elettronici (i quattro transistor Q1-Q4 mosfet ed i quattro diodi D1-D4).
ELENCO DEI NUMERI DI RIFERIMENTO DELLE FIGURE
1 generatore termoelettrico
2 tubo di ingresso
3 tubo di uscita
4 involucro
5 celle termoelettriche
6 elemento di alimentazione
7 condotto
8 apertura di ingresso
9 apertura di uscita
10 parete di scambio
11 elemento di raffreddamento 12 parete di scambio
13 terminali
14 batteria
15 dispositivo di controllo
16 convertitore elettronico DC-DC 17 terminale di ingresso
18 terminale di ingresso
19 terminale di uscita
20 terminale di uscita
21 nodo
22 nodo
23 nodo
24 controllore
25 modulatore PWM
VTEG tensione elettrica
ITEG corrente elettrica
PTEG potenza elettrica
A retta
B curva
P1 punto di lavoro
P2 punto di lavoro
THOT temperatura del lato caldo TTRH valore di soglia
εT errore del controllo
VBAT tensione elettrica
GND massa elettrica
D1 diodo
D2 diodo
D3 diodo
D4 diodo
Q1 transistor mosfet
Q2 transistor mosfet
Q3 transistor mosfet
Q4 transistor mosfet
C condensatore
L induttanza
ECU unità di controllo
VTHD+ valore di soglia positivo VTHD- valore di soglia negativo S1PWM segnale di pilotaggio S2PWM segnale di pilotaggio S3PWM segnale di pilotaggio
S4 segnale di pilotaggio

Claims (17)

  1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Convertitore (16) elettronico DC-DC per pilotare un generatore (1) termoelettrico per un motore a combustione interna; il convertitore (16) elettronico DC-DC comprende: un terminale (17) di ingresso positivo che è direttamente collegabile ad un terminale (13) positivo del generatore (1) termoelettrico ed un terminale (18) di ingresso negativo che è collegato ad una massa (GND) elettrica a cui è collegabile anche un terminale (13) negativo del generatore (1) termoelettrico; un terminale (19) di uscita positivo che è direttamente collegabile ad un terminale positivo di una batteria (14) ed un terminale (20) di uscita negativo che è collegato alla massa (GND) elettrica a cui è collegabile anche un terminale negativo della batteria (14); una unica induttanza (L) che collega un primo nodo (21) ad un secondo nodo (22); un primo transistor (Q1) che collega il terminale (17) di ingresso positivo al primo nodo (21); un secondo transistor (Q2) che collega il secondo nodo (22) alla massa (GND) elettrica; un primo diodo (D2) che collega il secondo nodo (22) al terminale (19) di uscita positivo e consente un flusso di corrente solo verso il terminale (19) di uscita positivo; ed un secondo diodo (D4) che collega il primo nodo (21) alla massa (GND) elettrica e consente un flusso di corrente solo verso il primo nodo (21); il convertitore (16) elettronico DC-DC è caratterizzato dal fatto di comprendere: un terzo transistor (Q3) che collega il primo nodo (21) al terminale (19) di uscita positivo; un terzo diodo (D3) che è collegato in serie al terzo transistor (Q3) tra il primo nodo (21) ed il terminale (19) di uscita positivo e consente un flusso di corrente solo verso il primo nodo (21); un quarto transistor (Q4) che è collegato in serie al secondo diodo (D4) tra il primo nodo (21) e la massa (GND) elettrica; ed un quarto diodo (D1) che è collegato al primo nodo (21) a valle del primo transistor (Q1) e consente un flusso di corrente solo verso il primo nodo (21).
  2. 2) Convertitore (16) elettronico DC-DC secondo la rivendicazione 1, in cui: il quarto diodo (D1) è collegato in serie al primo transistor (Q1) e la serie del primo transistor (Q1) e del quarto diodo (D1) collega direttamente il terminale (17) di ingresso positivo al primo nodo (21); e la serie del quarto transistor (Q4) e del secondo diodo (D4) collega direttamente la massa (GND) elettrica al primo nodo (21).
  3. 3) Convertitore (16) elettronico DC-DC secondo la rivendicazione 2 e comprendente una unità (ECU) di controllo che è configurata per confrontare una tensione (VTEG) elettrica del generatore (1) termoelettrico con un valore (VTHD+) di soglia positivo predeterminato e con un valore (VTHD-) di soglia negativo predeterminato ed in funzione del confronto identifica tre diverse modalità di funzionamento: una prima modalità di funzionamento quando la tensione (VTEG) elettrica del generatore (1) termoelettrico è positiva e maggiore del valore (VTHD+) di soglia positivo; una seconda modalità di funzionamento quando la tensione (VTEG) elettrica del generatore (1) termoelettrico è compresa tra i due valori (VTHD-, VTHD+) di soglia; ed una terza modalità di funzionamento quando la tensione (VTEG) elettrica del generatore (1) termoelettrico è negativa e minore del valore (VTHD-) di soglia negativo.
  4. 4) Convertitore (16) elettronico DC-DC secondo la rivendicazione 3, in cui: la prima modalità di funzionamento prevede che per caricare l’induttanza (L) sia necessario collegare l’induttanza (L) al generatore (1) termoelettrico attivando il primo transistor (Q1) ed il secondo transistor (Q2) in modo tale che la corrente (ITEG) elettrica proveniente dal generatore (1) termoelettrico entri dal terminale (17) di ingresso positivo, arrivi al primo nodo (21) passando attraverso il primo transistor (Q1) ed attraverso il quarto diodo (D1), arrivi al secondo nodo (22) passando attraverso l’induttanza (L), ed infine arrivi alla massa (GND) elettrica passando attraverso il secondo transistor (Q2); e la prima modalità di funzionamento prevede che per scaricare l’induttanza (L) sia necessario collegare l’induttanza (L) alla batteria (14) attivando il solo quarto transistor (Q4) in modo tale che la corrente elettrica che entra nella batteria (14) esca dalla massa (GND) elettrica, arrivi al primo nodo (21) passando attraverso il quarto transistor (Q4) ed attraverso il secondo diodo (D4), arrivi al secondo nodo (22) passando attraverso l’induttanza (L), ed infine arrivi al terminale (19) di uscita positivo passando attraverso il primo diodo (D2).
  5. 5) Convertitore (16) elettronico DC-DC secondo la rivendicazione 4, in cui: in alternativa nella prima modalità di funzionamento ed in entrambe le fasi di carica e scarica della induttanza (L), il secondo transistor (Q2) viene mantenuto costantemente disattivo quando la tensione (VTEG) elettrica del generatore (1) termoelettrico è maggiore della tensione (VBAT) elettrica della batteria (14) in modo tale che la corrente (IL) elettrica che percorre l’induttanza (L) fluisce direttamente nella batteria (14) in entrambe le fasi di carica e scarica; in alternativa nella prima modalità di funzionamento ed in entrambe le fasi di carica e scarica della induttanza (L), il primo transistor (Q1) mosfet viene mantenuto costantemente attivo quando la tensione (VTEG) elettrica del generatore (1) termoelettrico è minore della tensione (VBAT) elettrica della batteria (14) in modo tale che la corrente (IL) elettrica che percorre l’induttanza (L) viene assorbita direttamente dal generatore (1) termoelettrico in entrambe le fasi di carica e scarica.
  6. 6) Convertitore (16) elettronico DC-DC secondo la rivendicazione 3, 4 o 5, in cui: la seconda modalità di funzionamento prevede che per caricare l’induttanza (L) sia necessario collegare l’induttanza (L) alla batteria (14) attivando il secondo transistor (Q2) ed il terzo transistor (Q3) in modo tale che la corrente elettrica che esce dalla batteria (14) passi attraverso il morsetto (19) di uscita positivo, arrivi al primo nodo (21) passando attraverso il terzo transistor (Q3) ed attraverso il terzo diodo (D3), arrivi al secondo nodo (22) passando attraverso l’induttanza (L), ed infine arrivi alla massa (GND) elettrica passando attraverso il secondo transistor (Q2); e la seconda modalità di funzionamento prevede che per scaricare l’induttanza (L) sia necessario collegare l’induttanza (L) alla batteria (14) ed al generatore (1) termoelettrico attivando il solo primo transistor (Q1) in modo tale che la corrente (ITEG) elettrica proveniente dal generatore (1) termoelettrico entri dal terminale (17) di ingresso positivo, arrivi al primo nodo (21) passando attraverso il primo transistor (Q1) ed attraverso il quarto diodo (D1), arrivi al secondo nodo (22) passando attraverso l’induttanza (L), ed infine arrivi al morsetto (19) di uscita positivo passando attraverso il primo diodo (D2).
  7. 7) Convertitore (16) elettronico DC-DC secondo una delle rivendicazioni da 3 a 6, in cui: la terza modalità di funzionamento prevede che per caricare l’induttanza (L) sia necessario collegare l’induttanza (L) alla batteria (14) attivando il secondo transistor (Q2) ed il terzo transistor (Q3) in modo tale che la corrente elettrica che esce dalla batteria (14) entri nel terminale (19) di uscita positivo, arrivi al primo nodo (21) passando attraverso il terzo transistor (Q3) ed attraverso il terzo diodo (D3), arrivi al secondo nodo (22) passando attraverso l’induttanza (L), ed infine arrivi alla massa (GND) elettrica passando attraverso il secondo transistor (Q2); e la terza modalità di funzionamento prevede che per scaricare l’induttanza (L) sia necessario collegare l’induttanza (L) al generatore (1) termoelettrico attivando il primo transistor (Q1) ed il secondo transistor (Q2) in modo tale che la corrente (ITEG) elettrica proveniente dal generatore (1) termoelettrico entri dal terminale (17) di ingresso positivo, arrivi al primo nodo (21) passando attraverso il primo transistor (Q1) ed attraverso il quarto diodo (D1), arrivi al secondo nodo (22) passando attraverso l’induttanza (L), ed infine arrivi alla massa (GND) elettrica passando attraverso il secondo transistor (Q2).
  8. 8) Convertitore (16) elettronico DC-DC secondo la rivendicazione 1, in cui: il primo transistor (Q1) collega il terminale (17) di ingresso positivo ad un terzo nodo (23) che è separato ed indipendente dal primo nodo (21) e quindi il primo transistor (Q1) collega indirettamente il terminale (17) di ingresso positivo al primo nodo (21); il quarto diodo (D1) collega il terzo nodo (23) al primo nodo (21); e la serie del quarto transistor (Q4) e del secondo diodo (D4) collega la massa (GND) elettrica al terzo nodo (23) e quindi il quarto transistor (Q4) collega indirettamente la massa (GND) elettrica al primo nodo (21).
  9. 9) Convertitore (16) elettronico DC-DC secondo la rivendicazione 8 e comprendente una unità (ECU) di controllo che è configurata per confrontare una tensione (VTEG) elettrica del generatore (1) termoelettrico con un valore (VTHD+) di soglia positivo predeterminato e con un valore (VTHD-) di soglia negativo predeterminato ed in funzione del confronto identifica tre diverse modalità di funzionamento: una prima modalità di funzionamento quando la tensione (VTEG) elettrica del generatore (1) termoelettrico è positiva e maggiore del valore (VTHD+) di soglia positivo; una seconda modalità di funzionamento quando la tensione (VTEG) elettrica del generatore (1) termoelettrico è compresa tra i due valori (VTHD-, VTHD+) di soglia; ed una terza modalità di funzionamento quando la tensione (VTEG) elettrica del generatore (1) termoelettrico è negativa e minore del valore (VTHD-) di soglia negativo.
  10. 10) Convertitore (16) elettronico DC-DC secondo la rivendicazione 9, in cui: la prima modalità di funzionamento prevede che per caricare l’induttanza (L) sia necessario collegare l’induttanza (L) al generatore (1) termoelettrico attivando il primo transistor (Q1) ed il secondo transistor (Q2) in modo tale che la corrente (ITEG) elettrica proveniente dal generatore (1) termoelettrico entri dal terminale (17) di ingresso positivo, arrivi al terzo nodo (23) passando attraverso il primo transistor (Q1), arrivi al primo nodo (21) passando attraverso il quarto diodo (D1), arrivi al secondo nodo (22) passando attraverso l’induttanza (L), ed infine arrivi alla massa (GND) elettrica passando attraverso il secondo transistor (Q2); e la prima modalità di funzionamento prevede che per scaricare l’induttanza (L) sia necessario collegare l’induttanza (L) alla batteria (14) attivando il solo quarto transistor (Q4) in modo tale che la corrente elettrica che entra nella batteria (14) esca dalla massa (GND) elettrica, arrivi al terzo nodo (23) passando attraverso il quarto transistor (Q4) ed attraverso il secondo diodo (D4), arrivi al primo nodo (21) passando attraverso il quarto diodo (D1), arrivi al secondo nodo (22) passando attraverso l’induttanza (L), ed infine arrivi al terminale (19) di uscita positivo passando attraverso il primo diodo (D2).
  11. 11) Convertitore (16) elettronico DC-DC secondo la rivendicazione 10, in cui: in alternativa nella prima modalità di funzionamento ed in entrambe le fasi di carica e scarica della induttanza (L), il secondo transistor (Q2) viene mantenuto costantemente disattivo quando la tensione (VTEG) elettrica del generatore (1) termoelettrico è maggiore della tensione (VBAT) elettrica della batteria (14) in modo tale che la corrente (IL) elettrica che percorre l’induttanza (L) fluisce direttamente nella batteria (14) in entrambe le fasi di carica e scarica; in alternativa nella prima modalità di funzionamento ed in entrambe le fasi di carica e scarica della induttanza (L), il primo transistor (Q1) mosfet viene mantenuto costantemente attivo quando la tensione (VTEG) elettrica del generatore (1) termoelettrico è minore della tensione (VBAT) elettrica della batteria (14) in modo tale che la corrente (IL) elettrica che percorre l’induttanza (L) viene assorbita direttamente dal generatore (1) termoelettrico in entrambe le fasi di carica e scarica.
  12. 12) Convertitore (16) elettronico DC-DC secondo la rivendicazione 9, 10 o 11, in cui: la seconda modalità di funzionamento prevede che per caricare l’induttanza (L) sia necessario collegare l’induttanza (L) alla batteria (14) attivando il secondo transistor (Q2) ed il terzo transistor (Q3) in modo tale che la corrente elettrica che esce dalla batteria (14) passi attraverso il morsetto (19) di uscita positivo, arrivi al primo nodo (21) passando attraverso il terzo transistor (Q3) ed attraverso il terzo diodo (D3), arrivi al secondo nodo (22) passando attraverso l’induttanza (L), ed infine arrivi alla massa (GND) elettrica passando attraverso il secondo transistor (Q2); e la seconda modalità di funzionamento prevede che per scaricare l’induttanza (L) sia necessario collegare l’induttanza (L) alla batteria (14) ed al generatore (1) termoelettrico attivando il solo primo transistor (Q1) in modo tale che la corrente (ITEG) elettrica proveniente dal generatore (1) termoelettrico entri dal terminale (17) di ingresso positivo, arrivi al terzo nodo (23) passando attraverso il primo transistor (Q1), arrivi al primo nodo (21) passando attraverso il quarto diodo (D1), arrivi al secondo nodo (22) passando attraverso l’induttanza (L), ed infine arrivi alla massa (GND) elettrica passando attraverso il secondo transistor (Q2).
  13. 13) Convertitore (16) elettronico DC-DC secondo una delle rivendicazioni da 9 a 12, in cui: la terza modalità di funzionamento prevede che per caricare l’induttanza (L) sia necessario collegare l’induttanza (L) alla batteria (14) attivando il secondo transistor (Q2) ed il terzo transistor (Q3) in modo tale che la corrente elettrica che esce dalla batteria (14) passi attraverso il terminale (19) di uscita positivo, arrivi al primo nodo (21) passando attraverso il terzo transistor (Q3) ed attraverso il terzo diodo (D3), arrivi al secondo nodo (22) passando attraverso l’induttanza (L), ed infine arrivi alla massa (GND) elettrica passando attraverso il secondo transistor (Q2); e la terza modalità di funzionamento prevede che per scaricare l’induttanza (L) sia necessario collegare l’induttanza (L) al generatore (1) termoelettrico attivando il primo transistor (Q1) ed il secondo transistor (Q2) in modo tale che la corrente (ITEG) proveniente dal generatore (1) termoelettrico entri dal terminale (17) di ingresso positivo, arrivi al terzo nodo (23) passando attraverso il primo transistor (Q1), arrivi al primo nodo (21) passando attraverso il quarto diodo (D1), arrivi al secondo nodo (22) passando attraverso l’induttanza (L), ed infine arrivi alla massa (GND) elettrica passando attraverso il secondo transistor (Q2).
  14. 14) Convertitore (16) elettronico DC-DC secondo una delle rivendicazioni da 1 a 13 e comprendente una unità (ECU) di controllo che è configurata per utilizzare un controllo in retroazione in cui la variabile di retroazione è la corrente (ITEG) elettrica continua che circola nel generatore (1) termoelettrico.
  15. 15) Convertitore (16) elettronico DC-DC secondo la rivendicazione 14 e comprendente le ulteriori fasi di: determinare un valore (ITEG-REF) di riferimento della corrente (ITEG) elettrica continua che circola nel generatore (1) termoelettrico; determinare un errore (εI) del controllo pari alla differenza tra il valore (ITEG-REF) di riferimento ed il valore effettivo della corrente (ITEG) elettrica continua che circola nel generatore (1) termoelettrico; determinare un valore (IL-REF) di riferimento di una corrente (IL) elettrica che circola attraverso l’induttanza (L); ed utilizzare il valore (IL-REF) di riferimento della corrente (IL) elettrica che circola attraverso l’induttanza (L) per generare dei segnali (S1PWM, S2PWM, S3PWM, S4) di pilotaggio per controllare i transistor (Q1-Q4) in modo tale che la corrente (IL) elettrica media che circola attraverso l’induttanza (L) sia pari al valore (IL-REF) desiderato.
  16. 16) Convertitore (16) elettronico DC-DC secondo la rivendicazione 15, in cui: i segnali (S1PWM, S2PWM, S3PWM) di pilotaggio destinati a pilotare il primo transistor (Q1) il secondo transistor (Q2) ed il terzo transistor (Q3) presentano una modulazione di larghezza di impulso; ed un segnale (S4) di controllo destinato a pilotare il quarto transistor (Q4) per selezionare una modalità di funzionamento del convertitore (16) elettronico è privo di modulazione di larghezza di impulso e dipende unicamente dal confronto tra la tensione (VTEG) elettrica del generatore (1) termoelettrico ed una coppia di valori (VTHD-, VTHD+) di soglia.
  17. 17) Convertitore (16) elettronico DC-DC secondo la rivendicazione 15 o 16, in cui la corrente (IL) elettrica che circola attraverso l’induttanza (L) viene controllata mediante un controllo ad isteresi che prevede di mantenere la corrente (IL) elettrica all’interno di una fascia di controllo che è centrata sul valore (IL-REF).
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