Sistemi di ricarica

Sistemi di ricarica. La capacità della batteria di un veicolo completamente elettrico è in media di 20 kWh per un’autonomia di circa 150 chilometri, mentre i veicoli ibridi ricaricabili hanno una capacità di circa 3-5 KWh, per una autonomia elettrica di 20-40 chilometri (il motore termico garantisce l’autonomia di un veicolo convenzionale).

Per la ricarica normale (3 kW), i produttori di automobili hanno costruito un caricabatterie in macchina in questo caso il cavo di carica viene utilizzato per essere collegato alla rete elettrica di alimentazione 230 volt corrente alternata AC.
Per la carica veloce (22 kW, 43 kW e anche più), i produttori hanno scelto due soluzioni:
– utilizzare un caricabatterie incorporato nel veicolo, progettato per caricare 3-43 kW a 230 V monofase o 400 V trifase.
– utilizzare un caricabatterie esterno che converte la corrente alternata in corrente continua e carica il veicolo a 50 kW.

L’utente ricarica un veicolo elettrico semplicemente, come collegare un normale apparecchio elettrico. Tuttavia, per garantire che questa operazione avvenga in totale sicurezza, il sistema di ricarica deve svolgere diverse funzioni di sicurezza durante la connessione attraverso un dialogo tra veicolo e la ricarica.

La norma IEC 61851-1 standard definisce le diverse modalità di ricarica. Prevede inoltre un’elettronica di controllo che utilizza un sistema di comunicazione universale tra la stazione ed il veicolo attraverso un circuito PWM (Pulse Width Modulation), utile a garantire la sicurezza del processo di ricarica per le persone e per le batterie del veicolo.
Sono stati definiti quattro tipi di modalità di ricarica:

Modalità 1: ricarica in ambiente domestico

Il veicolo è collegato alla rete elettrica mediante prese normali (standard attuale: 10 A) presenti in residenze domestiche. Per usare la modalità 1, l’impianto elettrico deve essere conforme alle norme di sicurezza e deve avere un sistema di messa a terra, un interruttore per la protezione contro il sovraccarico e protezione differenziale. Le prese hanno dispositivi destinati ad impedire contatti accidentali.

Questa soluzione è la più semplice e la più diretta da implementare ed offre al guidatore la possibilità di ricaricare il suo veicolo quasi ovunque anche se comunque non è la migliore in quanto presenta alcuni problemi.
La prima limitazione è la potenza disponibile, per evitare rischi di surriscaldamento della presa di corrente e dei cavi a seguito di un uso intensivo per diverse ore, se superiamo la potenza massima (che varia da 8 a 16 A seconda dei paesi in Europa), possono verificarsi incendi o danni all’impianto elettrico se obsoleto o se determinati dispositivi di protezione sono assenti.
Il secondo limite è legato alla gestione della potenza dell’impianto, le azioni di ricarica del mezzo è in condivisione con altre prese (senza circuito dedicato) se la somma dei consumi supera il limite di protezione (16A in generale), l’interruttore scatterà, fermando la carica.

Tutti questi fattori impongono un limite alla potenza in modalità 1, per ragioni di sicurezza e qualità del servizio. Questo limite è in corso di definizione, e il valore di 10A sembra essere il miglior compromesso. Si deve notare che a questa potenza, ci vorranno circa 10 ore per caricare completamente un veicolo.
Le prese domestiche sono progettate per essere utilizzate a pieno carico solo per un periodo limitato ( tipicamente 1 ora a massima potenza , che è il caso quando usiamo elettrodomestici ) . Quando si carica un veicolo elettrico , il tempo di ricarica supera questo limite e può durare fino a 6 o 8 ore pertanto la loro potenza ammessa deve essere inferiore a 16A o 32 A , al fine di limitare gli aumenti anomali della temperatura nei componenti e per evitare rischi di incendio .

Modalità 2: presa domestica e il cavo con un dispositivo di protezione

Il veicolo è collegato alla rete elettrica principale tramite prese. La ricarica avviene tramite rete monofase o rete trifase e sul cavo di alimentazione del veicolo è presente un dispositivo denominato Control Box (Sistema di sicurezza PWM) che garantisce la sicurezza delle operazioni durante la ricarica, le prese utilizzabili sono quelle domestiche o industriali fino a 16 A.

Modalità 3: presa specifica su un circuito dedicato
Il veicolo è collegato direttamente alla rete elettrica tramite presa e spina specifico e un circuito dedicato. La funzione di controllo e protezione , PWM, è installato permanentemente nell’installazione.
Questo sistema è quello obbligatorio per gli ambienti pubblici e soddisfa il livello di sicurezza stabilito dalle normative Europee. La ricarica può essere di tipo lento, 3 kW, oppure rapido fino a 43,5 kW.

Modalità 4: collegamento diretto in corrente continua per la ricarica veloce in ambienti pubblici.
Il veicolo elettrico è collegato alla rete elettrica principale attraverso un caricabatterie esterno.
Le funzioni di controllo, di protezione e il cavo di ricarica del veicolo è installato in modo permanente nella colonnina di ricarica. Con questo sistema la ricarica dei veicoli avviene in tempi brevi.
Tale modalità è nata in Giappone ed è denominata CHAdeMO, acronimo di “CHArge de MOve”, equivalente di “charge for moving”.