Caratteristiche delle stazioni di ricarica veicoli elettrici


Caratteristiche stazioni di ricarica veicoli elettrici

Stazioni di ricarica veicoli elettrici

Stazioni di ricarica veicoli elettrici

Ora che il mercato delle auto elettriche si è avviato e si iniziano a vedere le prime stazioni di ricarica disseminate per il territorio, cerchiamo di capire le principali caratteristiche e problematiche che le contraddistinguono.
Innanzitutto per le stazioni di ricarica la norma di riferimento è la IEC 61851-1.

In funzione del tipo di veicolo può cambiare il tipo di ricarica. Mentre per le auto elettriche esistono delle normative specifiche e degli standard, per le e-bike, monopattini, alcune tipologie di motocicli e varie tipologie di piccoli veicoli non esistono standard specifici ed è quindi più difficile avere un unico sistema compatibile per tutti.

I vari elementi distintivi del sistema di ricarica sono:

  • Modo di ricarica
  • Tipologia dei connettori
  • Ricarica pubblica o privata
  • Velocità di ricarica
  • Costo della ricarica
  • Geolocalizzazione delle stazioni di ricarica
  • Sistemi di protezione impianto

 

 Modo di ricarica

La norma prevede 4 modi di ricarica dei veicoli elettrici, alcuni di questi prevedono un’elettronica di controllo che utilizza un sistema di comunicazione “universale” tra la stazione ed il veicolo attraverso un circuito PWM (Pulse Width Modulation), necessario per garantire la sicurezza del processo di ricarica, sia per le persone che per evitare danneggiamenti del pacco batterie del veicolo.

MODO 1 – Ricarica domestica senza PMW

Il Modo 1 consiste nel collegamento diretto del veicolo elettrico alle normali prese di correnti. Non è quindi previsto il sistema di sicurezza PWM. Questa modalità è adatta solo a bici elettriche e alcuni scooter. Non è applicata per le auto elettriche.

MODO 2 – Ricarica sicura domestica/aziendale, lenta o veloce

Sul cavo di alimentazione del veicolo è presente il dispositivo del sistema di sicurezza PWM che garantisce la sicurezza delle operazioni durante la ricarica, le prese utilizzabili sono quelle domestiche o industriali fino a 32A (sia monofase sia trifase – max 22 kW).

MODO 3 – Ricarica per ambienti pubblici, lenta o veloce

E’ il modo obbligatorio per gli ambienti pubblici, la ricarica deve avvenire tramite un apposito sistema di alimentazione dotato di connettori specifici, è presente il sistema di sicurezza PWM, la ricarica può essere di tipo lento (16A 230V) oppure rapido (fino a 32A, 400V).

MODO 4 – Ricarica diretta in corrente continua FAST DC

E’ la ricarica in corrente continua fino a 200A, 400V. Con questo sistema è possibile ricaricare i veicoli in alcuni minuti, il caricabatterie è esterno al veicolo (nella stazione di ricarica). Esistono due standard: CHAdeMO (Giapponese) e CCS Combo (Europeo).

 

Tipologia dei connettori

I connettori possono essere di varie tipologie, i principali per la ricarica di un veicolo elttrico in AC sono:

  • Tipo 1: monofase che gestisce un massimo di 32A e 230V arrivando a 7,4 kW
  • Tipo 2: mono/trifase che gestisce un massimo di 32/70A a 230/400V circa. In questo caso si può arrivare ad una potenza massima di 43 kW
  • Tipo 3C: mono/trifase per massimo 32/62A e 230/400 Volt. La potenza massima è di 22 kW
  • Shuko: 10A, 230 V e 2.3 kW di potenza massima
  • Tipo 3A: monofase per massimo 16A e 230V, dedicato ai veicoli leggeri (potenza massima 3.7 kW)

In AC il connettore più diffuso è il Tipo 2 perché gestisce monofase e trifase grazie all’utilizzo di 7 poli, due dei quali sono utilizzati per il PWM che fa comunicare auto con stazione di ricarica e serve, tra le altre cose, a salvaguardare la batteria oltre che garantire la sicurezza operativa richiesta dalla legge.

 

Ricarica pubblica o privata

Le principali differenze tra ricarica pubblica e privata sono di tipo tecnico ed economico.

Ricarica privata

Dal punto di vista tecnico è possibile utilizzare dalle stazioni di ricarica più semplici e di conseguenza meno costose.

Per un’auto elettrica ad esempio è possibile installare nella propria autorimessa una stazione identificabile come WallBox che è sostanzialmente un connettore unificato dotato di PWM integrato.

Per una e-bike o piccoli veicoli è sufficiente essere dotati di alimentatore (solitamente fornito con il mezzo) e collegarlo ad una comune presa di tipo Schuko.

Ricarica pubblica

Dal punto di vista tecnico una ricarica pubblica deve avere maggiori controlli e deve adottare soluzioni tecniche più evolute e quindi anche più costose.

Innanzitutto dietro una colonnina di tipo pubblico spesso c’è una piattaforma per la gestione dei pagamenti, attivazione della ricarica e telecontrollo per mantenere efficiente la stazione anche a distanza.

Molti sono i gestori che realizzano la propria rete e che utilizzano diversi tipi di piattaforme, spesso collegate tra di loro tramite servizi di roaming per la condivisione dei punti di ricarica.

Come vedremo successivamente queste scelte influiranno anche sui costi della ricarica.

 

Velocità di ricarica

Il tempo di ricarica delle auto elettriche può variare in funzione di numerosi fattori:

  • modello di auto;
  • tipo di ricarica in AC (corrente alternata) oppure in ricarica in DC (corrente continua);
  • potenza di ricarica.

E’ possibile comunque fare un calcolo indicativo dei tempi di ricarica applicando la seguente formula:

Tempo ricarica (h) = Capacità della batteria (in kWh) / Potenza di ricarica (in kW)

La formula sopra riportata è abbastanza realistica per basse potenze, mentre per alte potenze il risultato varia in quanto il sistema rallenta la velocità di ricarica una volta raggiunto circa l’80% dello stato della carica batteria.

Le ricariche rapide seppur più comode per il ridotto tempo di ricarica, possono con il tempo danneggiare le batterie. E’ quindi consigliabile alternare alle cariche veloci qualche carica lenta.

 

Costo della ricarica

Il costo della ricarica è un altro fattore che può differenziarsi notevolmente.

Una ricarica privata di solito è di tipo lento e costa circa 20 centesimi a kWh se allacciati al contatore di casa, quindi per un’auto da 50 kWh il pieno costerà circa  10 €.

Una ricarica pubblica varia invece dal tipo di servizio, dalla zona, dal tipo di ricarica, se il gestore si appoggia a servizi di roaming, ecc. In questi casi il costo può variare da 35 centesimi a 80 centesimi o più. Quindi per la solita auto da 50 kWh il pieno costerà da € 17,5 fino a € 40 ed oltre.

C’è da dire che per i veicoli elettrici di solito non si parla mai di “pieno” ma di “rabbocco”. Solitamente la maggior parte della ricarica si fa nelle stazioni lente e più economiche, limitandosi a rabbocchi veloci dalle stazioni più costose.

Questi costi della ricarica così elevati rispetto alla ricarica privata sono quindi dovuti alle stazioni di ricarica più costose, a servizi manutentivi necessari per mantenere efficiente la rete, ai costi delle piattaforme di gestione ed in alcuni casi ai servizi di roaming o servizi a pagamento che alcune piattaforme riversano sui gestori.

 

Geolocalizzazione delle stazioni di ricarica

Ormai esistono numerose APP che collegate a varie piattaforme riportano le mappe con la geolocalizzazione delle stazioni di ricarica. Addirittura Google Map offre agli utenti un servizio per la ricerca di “stazioni di ricarica per veicoli elettrici”. Dal lato utilizzatore tutto sembra equivalente, ma entrando nel dettaglio delle varie gestioni ed utilizzo delle piattaforme esistono grandi differenze tecnologiche e di costi.

Le piattaforme più conosciute sono quelle di Enel X, ChargeMap, NextCharge, Tesla, ecc. che fanno il roaming tra di loro quindi un utente può ricaricare in quasi tutte le stazioni. Le mappe sono stracolme di colonnine di ricarica, alcune non controllate direttamente altre controllate da altre piattaforme. Le varie piattaforme collegate tra di loro tramite i servizi di roaming comportano però costi aggiuntivi che i vari gestori addebitano agli utilizzatori.

Esistono poi delle APP dei vari produttori di colonnine che utilizzano altre piattaforme per la gestione dei protocolli di comunicazione e che gestiscono solo una parte di grafica. A volte hanno anche la grande limitazione di gestire solo una marca di colonnine.

Recentemente sono poi nate altre soluzioni “open”, “multibrand” e “whitelabel” come THOR che presenta soluzioni più innovative ed economiche, ma per ora poco conosciute. Il grande vantaggio è che riescono a gestire tutta la filiera della gestione con un unica piattaforma e che utilizzano un sistema di autenticazione che rende inutile qualsiasi roaming con il vantaggio dei bassissimi costi di gestione. Con la stessa piattaforma è possibile inoltre gestire qualsiasi tipo, marca o modello di colonnina, sia per la ricarica auto che e-bike rendendo assolutamente libero il gestore di integrare nelle proprie infrastrutture stazioni differenti e più innovative.

Il settore delle ricariche elettriche sta nascendo solo ora e molti equilibri si devono ancora stabilizzare. Ad oggi infatti è possibile scaricare decine di APP ognuna delle quali riporta delle mappe con una parte delle stazioni di ricarica ed è difficile avere una visione globale. Ciò comporta per gli “ev-driver” di dover installare decine di APP oppure utilizzare le principali ignorando magari che la ricarica se prevede il roaming sarà più costosa.

Una soluzione interessante è quella proposta dalla piattaforma di THOR che non ha un’ APP ma una WEBAPP, cioè non è necessario installare software, aggiornare APP, ecc. e tutto funziona solamente con un browser collegato a internet. E’ pertanto possibile attivare il servizio anche con uno smartphone datato e senza occupare spazio sul dispositivo. Non ha costi aggiuntivi di roaming e non è necessario appoggiarsi ad altri servizi perchè completamente autonomo per gestire qualsiasi tipo di stazione.

Molte delle piattaforme attualmente esistenti probabilmente scompariranno nei prossimi anni, lasciando spazio alle soluzioni più innovative, performanti o economiche che le varie aziende saranno in grado di proporre.

 

Sistemi di protezione impianto

Altro aspetto da non sottovalutare è la protezione delle stazioni di ricarica. La norma CEI 64-8 variante V5 prevede infatti che le stazioni di ricarica con presa a spina o connettore conformi alla norma CEI EN 62196 (modo di ricarica 3) siano dotate di misure di protezione sensibili alle correnti continue di guasto a terra, come interruttori differenziali di tipo B. In alternativa al differenziale tipo B, la norma ammette anche un differenziale tipo A se integrato da un dispositivo in grado di interrompere l’alimentazione quando la corrente continua di guasto a terra supera 6mA.

Questo è quanto previsto dalla normativa in linea generale ma in caso di più stazioni di ricarica si consiglia di far svolgere da professionisti esperti e specializzati le progettazioni dedicate, in quanto esistono numerose considerazioni da fare caso per caso. Molte volte per “non sbagliare” si installano a monte tutti differenziali di tipo B portando a costi di installazione impossibili, altre volte per risparmiare non si considera che i differenziali posti a monte non hanno caratteristiche adeguate ed in caso di guasto potrebbero non funzionare e quindi non svolgere la funzione di protezione richiesta.

 

Lo “Studio elettrotecnico Torelli ss” è disponibile per fornire eventuali chiarimenti, progettazioni o approfondimenti sull’argomento.

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