I modi di ricarica e i tipi di cavi/connettori per i veicoli elettrici
rebecca ferro2022-11-18T14:07:29+01:00Quali sono i MODI di ricarica e i TIPI di cavi/connettori per i veicoli elettrici?
I modi di ricarica e i cavi/connettori per la ricarica delle auto elettriche sono vari.
Bisogna fare subito una
premessa essenziale: in questo ambito la
terminologia è molto importante poiché anche quello che pensiamo essere il sinonimo di un dispositivo ha un significato differente. Facciamo subito un esempio: i
MODI sono i metodi per la ricarica, mentre i
TIPI sono le tipologie di cavi/connettori utilizzati per la ricarica. Più avanti vedremo altre differenze.
La prima considerazione da fare riguarda due concetti strettamente interconnessi:
- Ambiti di ricarica
- Modi di ricarica
Ricarica veicoli elettrici: ambito domestico e ambito pubblico
La
ricarica dei veicoli elettrici può avvenire
in due ambiti:
- Privato: attraverso rete domestica o wallbox domestica
- Pubblico: attraverso strutture fisse, strutture di ricarica, wallbox, EVSE o semplicemente colonnine di ricarica su suolo pubblico, in strada, o su suolo privato a uso pubblico come parcheggi, supermercati, centri commerciali ecc.
In ambito domestico, la ricarica avviene in
corrente alternata (AC), mentre in ambito pubblico può avvenire in corrente alternata (AC) o in
corrente continua (DC).
In base alla
potenza erogata le colonnine pubbliche possono consentire una ricarica:
lenta (slow),
accelerata (quick),
veloce (fast) o
ultra veloce (ultra fast). I tempi di ricarica oltre a dipendere dalla potenza erogata dalla colonnina, dipendono anche dalla potenza accettata dal caricabatterie a bordo veicolo. Se queste due potenze sono divergenti, comanda il valore più basso.
La durata della ricarica varia
dai 10-15 minuti (ultra fast) fino alle 6-9 ore.
Modi di ricarica dei veicoli elettrici
I
modi di ricarica delle auto elettriche attualmente
sono 4 e sono stati definiti dalla
Commissione Elettrotecnica Internazionale (norma IEC 61851-1):
Modo 1, Modo 2, Modo 3 e Modo 4.
Anche qui vale la pena fare una piccola premessa.
Tutte le batterie funzionano in corrente continua (DC), ma come vedremo
i primi tre Modi di ricarica sono in corrente alternata (AC), dunque come è possibile in questi casi caricare la batteria? La risposta è semplice: nei veicoli elettrici è presente un
caricabatterie (o
onboard charger)
che all’interno ha anche un convertitore di corrente AC/DC.
- Modo 1: la batteria dell’auto è collegata direttamente alla rete di alimentazione AC attraverso spine e prese classiche (domestiche o industriali), come un qualsiasi elettrodomestico. La ricarica può avvenire fino a 16 A, sia monofase che trifase. Questa modalità è usata per la ricarica domestica di bici elettriche, di scooter o veicoli elettrici leggeri con batterie di capacità limitata e in Italia non è consentita per la ricarica in ambito pubblico per motivi di sicurezza poiché è l’unico processo di ricarica senza Control Box (normalmente in modalità PWM - Pulse Width Modulation) che risulta fondamentale per garantire la sicurezza durante il processo di ricarica.
- Modo 2: ricarica in AC che prevede l’utilizzo di un Control Box-PWM collocato tra la rete elettrica e il veicolo in carica, normalmente sul cavo di collegamento. Il Control Box-PWM agisce sulla sicurezza solo lato autoveicolo (dal box sul cavo all’auto). La ricarica può avvenire fino a 32 A (con prese domestiche o industriali) monofase o trifase. Anche questa modalità, in Italia, è consentita soltanto in ambito domestico e non in area pubblica.
- Modo 3: richiede l’utilizzo di apparecchiature e strutture fisse permanentemente collegate alla rete elettrica (ad esempio, le colonnine di ricarica su suolo pubblico). La norma prevede che il Control Box-PWM sia incorporato nella colonnina di ricarica e abbia le seguenti funzioni: verifica inserimento dei connettori, verifica continuità del conduttore di protezione, funzione di controllo attiva (in pratica, il Control Box-PWM agisce sulla sicurezza sia lauto autoveicolo che lato colonnina). In Italia è l’unico modo consentito per ricaricare il veicolo in AC in ambienti pubblici.
- Modo 4: è caratteristico delle colonnine di ricarica Fast e Ultra Fast, dove la corrente continua erogata direttamente alla batteria del veicolo elettrico non richiede l’ulteriore lavoro del convertitore AC/DC a bordo delle auto, poiché tale convertitore è esterno ed è contenuto nel caricabatterie incluso nella colonnina (specifichiamo per chiarezza che questa è l'unica modalità di ricarica in cui il caricabatterie non è incluso nell’autoveicolo, ovvero è esterno allo stesso ed è contenuto nella colonnina di ricarica). Inoltre, sempre nella colonnina è presente un conduttore pilota di controllo che si estende alle attrezzature permanentemente collegate alla rete. Salvo disposizioni nazionali specifiche, la ricarica può raggiungere massimo 350 kW (normalmente 22 KW) con connettori CCS2 (o denominato anche COMBO2 - standard Europa, dunque anche Italia) o CHAdeMO (standard Giappone).
Altre terminologia ed elementi fondamentali per consentire la ricarica
Come abbiamo specificato all’inizio, la terminologia è fondamentale per non creare confusione in un settore in continua evoluzione.
I termini "spina" o "connettore", come già detto all’inizio di questo breve articolo, potrebbero essere considerati tranquillamente due sinonimi, invece in questo ambito hanno significati completamente diversi.
Vediamo però in dettaglio i termini e il loro significato:
- Il cavo flessibile (cable) serve per stabilire la connessione elettrica tra il veicolo elettrico e il sistema di ricarica ed è munito di spina e/o di connettore mobile agli estremi. È chiamato anche semplicemente cavo di ricarica o cord-set.
- Il connettore mobile (nel testo lo definiamo semplicemente come connettore) è il meccanismo di accoppiamento, incluso a un cavo flessibile, con il veicolo elettrico (in inglese è chiamato connector, alcune volte viene anche chiamata presa mobile, da qui possiamo vedere come la terminologia possa trarre in inganno…).
- La spina fissa al veicolo (chiamata in inglese inlet o anche connettore fisso) è il meccanismo di accoppiamento del veicolo che è incorporato o fissato al veicolo elettrico.
- La presa fissa (socket outlet) è installato nel sistema di ricarica fisso per la connessione all’impianto di un cavo flessibile dotato di spina mobile.
- Infine, abbiamo la spina mobile (plug) che è incluso al cavo flessibile e si connette all’impianto di ricarica con una presa fissa.
Collegamento del veicolo elettrico alla stazione di ricarica
Per collegare il veicolo elettrico alla rete di alimentazione, esistono, ad oggi, tre tipi di connessione, normati:
- Caso A: Si connette il veicolo elettrico al punto di carica utilizzando un cavo di alimentazione e una spina permanentemente fissati al veicolo stesso (normalmente Modo 1)
- Caso B: Si connette il veicolo elettrico al punto di carica utilizzando un cavo di alimentazione rimovibile provvisto di connettore mobile (lato autoveicolo) e spina mobile (lato colonnina) per il collegamento alla presa di alimentazione in AC (normalmente Modo 3, nel Modo 2 c’è bisogno di un Control Box-PWM posto nel mezzo del cavo di ricarica).
- Caso C: Si connette il veicolo elettrico al punto di carica utilizzando un cavo di alimentazione e un connettore mobile (lato veicolo) permanentemente fissati all’impianto di ricarica (normalmente Modo 4).
Tipologie di cavi/connettori di ricarica AC e DC
È giunto adesso il momento di parlare dei
diversi tipi di cavi/connettori di ricarica per auto elettriche.
E’ bene ricordare e ripetere che si parla di sistema presa/spina sul lato stazione di carica e di connettori se ci si riferisce al lato veicolo.
Per
ricaricare un veicolo in AC le tipologie di connettori più utilizzate sono le seguenti:
- Tipo 1 (Type 1): può erogare tra 3 e 7,4 kW e supporta solo un’energia elettrica monofase fino a 32 A 230V. Include una protezione aggiuntiva per bloccare il connettore durante la carica, per evitare la disconnessione. È approvato come standard giapponese. Si trova solo lato veicolo.
- Tipo 2 (Type 2): consente una ricarica tra 3 e 43 kW, fino a 22 Kw con cavo staccabile (ambito domestico) e fino a 43 kW con cavo fisso (colonnine di ricarica pubbliche). Può supportare un’energia elettrica monofase e trifase fino a 32 A 230/400V. È approvato come standard europeo. Si trova lato veicolo e lato colonnina.
A completamente dell’argomento, esistono altri due Tipi di connettori (lato colonnina): il
Tipo 3A (utilizzato solo per veicoli leggeri come scooter e quadricipiti; e il
Tipo 3C ormai in disuso. Infine, nel Modo 1 la spina permanente è una normale spina casalinga tipo
Schuko (può essere presente nel Modo 1 ma anche nel cavo di ricarica con Control Box-PWM del Modo 2).
Per
ricaricare un veicolo in DC (
Modo 4) esistono due tipologie di connettori:
- CHAdeMO: è lo standard per la ricarica veloce in DC più diffuso al mondo e consente una ricarica fino a 100 kW. I veicoli dotati di questo standard hanno due connettori: un CHAdeMO per le ricariche Fast in DC e un connettore per la ricarica in AC (solitamente di Tipo 1).
- CCS (Combined Charging System): si tratta di un connettore “combinato”. In Europa, la base è quella del connettore di Tipo 2, a cui vengono aggiunti due pin (è infatti chiamato anche CCS Combo2 o CCS2). È pensato appositamente per la ricarica in DC, ma può caricare sia in AC che in DC fino a 350 kW.
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