Nicola FEMIA | Progetti

WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEMS

Il progetto si pone come obiettivo la formulazione di modelli e lo sviluppo di un metodo sistematico per l'ottimizzazione di sistemi WPT per la carica di batterie. Allo scopo, saranno considerati come casi di studio di riferimento un caricabatterie per dispositivi wearable (smart watch, auricolare bluetooth), e un caricabatterie per veicoli elettrici, che costituiscono l'oggetto di una collaborazione di ricerca fra il gruppo proponente e il Texas Instruments Silicon Valley Kilby Laboratory, Santa Clara (CA), USA. Gli aspetti innovativi del sistema oggetto di studio, che determinano al tempo stesso gli elementi di maggiore complessità del progetto, risiedono nella possibilità di realizzare il processo di carica senza imporre vincoli stringenti sul posizionamento del dispositivo da caricare, contemplando quindi un campo di valori del coefficiente di accoppiamento trasmettitore-ricevitore variabile da circa 0 a circa 1, e nella possibilità di utilizzare la piattaforma in modo bidirezionale anche per caricare batterie che possono trovare alloggiamento nella piattaforma stessa. Tali peculiarità conferiscono al sistema proprietà notevoli di facilità e flessibilità di utilizzo in condizioni e contesti molto diversificati.Nella prima fase del progetto sarà affrontato il problema della formulazione di un modello per l'analisi dell'impedenza di ingresso vista ai terminali dell'antenna trasmettente e del guadagno di tensione fra i terminali dell'antenna trasmettente e i terminali del carico. Le capacità condensatori serie e parallelo di compensazione influenzano l'allineamento delle frequenze di risonanza degli stadi trasmettente e ricevente, il guadagno di tensione e il livello di potenza trasferito. Il coefficiente di accoppiamento e il livello di carico determinano una modifica delle funzioni di rete menzionate, che risultano pertanto dipendere in modo complesso dalle capacità di compensazione. Si pone quindi l'esigenza di determinare forme a minima entropia delle suddette funzioni di rete che evidenzino il contributo selettivo dei condensatori serie e parallelo di compensazione. A tale scopo saranno impiegati metodi di analisi quali il Teorema dell'Elemento Extra e la decomposizione della funzione di rete per ispezione. Si intende in particolare pervenire alla determinazione delle coordinate dei punti caratteristici che definiscono il profilo delle funzioni di rete in funzione delle capacità di compensazione e in forma parametrica rispetto alle condizioni di accoppiamento e di carico, allo scopo di individuare il luogo dei punti fisicamente realizzabili in termini di frequenze e ampiezze e quindi la varietà di soluzioni di progetto disponibili.Nella seconda fase della ricerca si procederà con lo sviluppo di algoritmi numerici finalizzati alla individuazione - mediante i modelli di fisica realizzabilità formulati nella prima fase - delle soluzioni progettuali che presentano le migliori prestazioni globali, in base alle figure di merito citate nella Sezione 11 (Base di partenza scientifica) ed alle priorità del progetto relativo allo specifico sistema WPT oggetto di studio (ampia facilità e flessibilità di utilizzo). Si prevede l'utilizzo di metodi numerici sia deterministici (e.g. Newton-Raphson) che stocastici (e.g. Algoritmi Genetici) e loro combinazioni per la risoluzione delle equazioni di progetto e l'individuazione delle soluzioni di progetto a minima sensibilità e massima efficienza energetica, tenuto conto degli effetti parassiti e delle incertezze parametriche.Si prevede infine di effettuare la validazione delle metodologie di progetto mediante test sperimentali che verranno condotti in parte presso il Laboratorio di Circuiti Elettronici di Potenza e Fonti Rinnovabili del DIEM, su prototipi realizzati in collaborazione con il Texas Instruments Silicon Valley Kilby Laboratory.