Veicoli elettrici: il CEA e il Gruppo Renault sviluppano un caricabatterie di bordo V2G ad altissimo rendimento

Boulogne-Billancourt, 16 gennaio 2023 – E se i veicoli diventassero una colonna portante della rete elettrica? È questo il principio del V2G, o vehicle-to-grid, una tecnologia di scambi bidirezionali che, nel prossimo futuro, permetterà ai veicoli Renault di restituire una parte dell’energia immagazzinata nelle batterie per ottimizzare il funzionamento della rete e compensare il carattere di intermittenza delle energie rinnovabili.

Su questo argomento, ma non solo, per spingersi anche oltre, il CEA- centro di ricerca di spicco- e il Gruppo Renault, pioniere ed esperto dei veicoli elettrici, stanno già lavorando sulle future generazioni delle tecnologie V2G, che saranno diffuse entro la fine del decennio. A tal fine, il CEA e il Gruppo Renault hanno sviluppato insieme un convertitore di potenza con una nuova architettura elettronica direttamente integrata nel caricabatterie del veicolo. Frutto di circa di 3 anni di ricerche e oggetto di 11 brevetti depositati in comune, questo convertitore di potenza[1], sviluppato con materiali innovativi e più compatto, permetterà di ridurre le perdite di energia del 30%, migliorare il tempo di ricarica dei veicoli e garantire la sostenibilità della batteria. E non è tutto, sarà soprattutto V2G, immagazzinando l’energia proveniente dalla rete elettrica.  

Materiali innovativi 

I team di R&S del CEA e del Gruppo Renault hanno unito le loro competenze nel campo dell’elettronica di potenza di bordo, soprattutto dei materiali semiconduttori cosiddetti Wide Band Gap, come il nitruro di gallio (GaN) e il carburo di silicio (SiC).

Risultato: la nuova architettura a base di componenti Wide Band Gap permette di ridurre le perdite di energia del 30% in fase di conversione e altrettanto per il riscaldamento, facilitando il raffreddamento del sistema di conversione.  

Riduzione del volume del caricabatterie

Inoltre, il lavoro degli ingegneri per ottimizzare i componenti attivi (semiconduttori) e passivi (condensatori e bobine di componenti induttivi) ha permesso di ridurre il volume e il costo del caricabatterie. Grazie all’uso di materiali in ferrite, dedicati all’alta frequenza, e a un processo di stampaggio a iniezione di potenza, noto come Power Injection Molding, il convertitore ci ha guadagnato in compattezza.

Verso una maggiore performance

La nuova architettura del convertitore offre una capacità di ricarica che va fino a 22 kW in modalità trifase, permettendo di ricaricare più velocemente il veicolo pur garantendo la durata della batteria.  Consente anche al caricatore di essere V2G, dato che l’energia accumulata nella batteria può, ad esempio, essere reimmessa nella rete e servire per coprire il fabbisogno energetico di una casa indipendente, a condizione che quest’ultima sia dotata di contatore bidirezionale. La soluzione è in linea con le norme di compatibilità elettromagnetica (CEM) delle reti e del veicolo.  

Jean-François Salessy, Direttore Ingegneria Avanzata del Gruppo Renault, ha spiegato: Questo progetto con il CEA è andato oltre le nostre aspettative, confermando la nostra capacità di raggiungere le prestazioni desiderate in termini di rendimento e compattezza. Apre grandi prospettive all’elettronica di potenza, che costituisce una vera e propria sfida per i veicoli elettrici, per sfruttare al meglio le capacità delle batterie. Con la ricarica V2G, il veicolo si pone al servizio della rete elettrica e consente al consumatore finale di ridurre la spesa energetica.

Siamo orgogliosi di affiancare il Gruppo Renault in questo sviluppo» ha dichiarato con entusiasmo Sébastien Dauvé, Direttore dell’Istituto Leti del CEA. «Abbiamo saputo mettere insieme la visione sistemica del Gruppo Renault sull’elettrificazione del veicolo e del gruppo motore con le competenze dei nostri team sulle architetture del convertitore e i componenti; alla fine, abbiamo creato un’architettura adatta a rispondere alle esigenze con un forte valore aggiunto.

L’utilizzo di materiali innovativi con brevetti condivisi dal Gruppo Renault e dal CEA sul caricabatterie ha reso possibile la produzione del trasformatore dedicato, che è un componente chiave in questo tipo di sviluppo, in quanto consente di ridurre i volumi con prestazioni che vanno oltre lo stato dell’arte, ha spiegato François Legalland, Direttore dell’Istituto Liten del CEA.

[1] Il convertitore di potenza è un dispositivo elettronico situato tra la fonte di energia elettrica e la carica alimentata, che permette di adattare la fonte alla carica e di controllare il trasferimento di energia dall’una all’altra.