La ricarica dei veicoli elettrici è un campo di impiego in rapida evoluzione e al momento, sono disponibili tre tipologie principali di ricarica.
Il Level 1, o la ricarica lenta, riguarda la connessione del veicolo in una normale presa di rete che, come si può prevedere, richiede diverse ore per ricaricare completamente un veicolo elettrico (VE). La ricarica Level 2 utilizza una corrente a 240 VCA con livelli di potenza che non sono generalmente disponibili nella maggior parte delle abitazioni. Infine, la ricarica Level 3, denominata anche ricarica rapida CC, utilizza la tensione CC fino a 500 V. La ricarica Level 3 può fornire una potenza di 100 kW o più e può ricaricare un VE con tempi cinque volte inferiori.
Lo standard di riferimento per la ricarica di VE negli Stati Uniti è lo SAE J1772. Con il progredire della tecnologia, lo standard continua a evolversi, ma i suoi parametri per la ricarica CA Level 1 e Level 2 si sono combinati. Per Level 1, è di 120 V a 16 A o meno, per un massimo di 1,92 kW; per Level 2 è di 240 V a 80 A o meno, per un massimo di 19,2 kW. Tutti i VE venduti negli Stati Uniti possono accettare questo standard e sono equipaggiati con una porta che può ricevere la presa attraverso la quale i caricabatterie conformi a SAE J1772 distribuiscono potenza. La porta raffigurata di seguito è standard su tutti i VE venduti negli Stati Uniti e può accettare tutti i sistemi di ricarica Level 1 e Level 2.
Figura 1: La presa SAE J1712 del caricabatterie e la porta J1712 sul VE con la protezione della porta aperta.
Questa porta non fornisce solo potenza, ma consente di inviare i pacchetti di informazioni che viaggiano costantemente tra veicolo e caricabatterie, garantendo che la batteria non sia sovraccaricata o caricata incorrettamente. Lo standard stesso definisce la natura delle modalità di comunicazione tra veicolo e caricabatterie. Dato che l’automobilista sta lavorando a tutti gli effetti con una potenza elettrica tale da spostare un treno della metropolitana e non è un tecnico specializzato, per garantire la sicurezza, lo standard comprende anche diversi livelli di protezione integrata.
La ricarica induttiva elimina il cavo
La carica induttiva è una forma della ricarica Level 2 che trasferisce la potenza dal caricabatterie al VE attraverso una connessione elettromagnetica ed elimina completamente la necessità di connettere qualsiasi cosa tra il caricabatterie e il VE. Il processo funziona in modo simile a quello di un trasformatore elettrico, nel quale un avvolgimento primario alimenta un avvolgimento secondario con il quale non ha contatto fisico. L’avvolgimento primario utilizza la fonte di potenza elettrica per creare un campo magnetico, che induce elettricità nel secondario. Nel caso del caricabatterie a induzione per VE, l’avvolgimento primario è nel caricabatterie e il secondario è nel VE, che impartisce l’elettricità indotta alla batteria sotto carica.
Questo metodo elimina, naturalmente, la necessità di utilizzare presa, cavo e porta. Richiede tuttavia, il posizionamento preciso del VE in relazione al caricabatterie, dato che l’allineamento dell’avvolgimento è un aspetto critico. A causa della quantità modesta di potenza che può essere trasferita in un dato periodo di tempo con questo metodo, i consumatori potranno per il momento utilizzare i caricabatterie solo in ambito domestico.
Il passaggio… a Level 3
Ma anche eliminando momentaneamente dall’equazione la carica induttiva, quando si considera che 50 kW/h rappresenta una capacità normale per la batteria completamente carica di un VE, non sorprende che i caricabatterie Level 2 non siano considerati una soluzione soddisfacente. La quantità massima di energia che può essere fornita da un caricabatterie Level 2 è inferiore a 20 kW e questo richiede un tempo di ricarica di 2½ ore. Da questo punto di vista si può dire che questa non rappresenta una prospettiva allettante per chi viaggia spesso. I caricabatterie Level 3 rappresentano la nuova frontiera, e mentre gli standard per i caricabatterie Level 1 e Level 2 sono più o meno definiti, quelli per il Level 3 sono ancora oggetto di controversie.
Al momento, gli standard in competizione per i caricabatterie Level 3 sono tre. SAE J1772 è stato aggiornato per includere uno standard per la ricarica Level 3, il SAE J1772 Combined Combo System DC Fast Charge (CCS DC Fast Charge). La maggior parte dei produttori statunitensi ed europei di VE hanno accettato di adottarlo. L’altro standard disponibile è CHAdeMO, proposto dai produttori giapponesi di VE. Lo standard CHAdeMO è quello con il più ampio livello di adozione a livello mondiale. Val la pena notare che la maggior parte delle colonnine di ricarica Level 3 che sono installate al momento negli Stati Uniti, hanno la capacità di servire i veicoli che aderiscono sia allo standard CSS che CHAdeMO. Il terzo standard, utilizzato solo dalla Tesla, è il Tesla Supercharger, anche se i proprietari della Tesla Model S possono acquistare un dispositivo aggiuntivo che consente di utilizzare anche lo standard CHAdeMO.
Al momento attuale, gli standard specificano una potenza massima fino a 62,5 kW per i caricabatterie CHAdeMO. Lo standard CCS offre capacità simili e si prevede che sarà portato a circa 90 kW, ma i limiti non sono ben definiti e, al momento, sembra che la questione sia più una decisione da parte dei produttori che degli enti normativi. Lo standard Tesla Supercharger è definito sulla carta per 120 kW. Tuttavia, come per tutti gli standard in evoluzione e competizione, si presume che l’utilizzo di questi valori non sia dettato da precise misurazioni e, in ogni caso, tutti e tre sono probabilmente soggetti a modifiche.
Oltre ai tempi di ricarica e kW/h di utilizzo, i possessori di VE dovrebbero considerare anche un altro fattore importante nella ricerca della stazione di ricarica per il loro veicolo: la dislocazione geografica. È sorprendente come negli Stati Uniti, la posizione geografica di un conducente possa determinare i tipi di stazioni di ricarica più accessibili. Gli impianti CCS e CHAdeMO sono più comuni sulle coste est ed ovest. Le stazione Tesla, anche se numericamente inferiori, sono maggiormente disperse sulle statali a livello nazionale e non concentrate su nessuna delle due coste. I VE Tesla dispongono di batterie più grandi di altri VE, per cui i veicoli possono percorrere distanze più lunghe che le stazioni Tesla Supercharger possono facilitare.
Figura 3: Porta e presa CCS.
È interessante notare che la Chevy Volt non include la capacità per la ricarica Level 3. La motivazione è data forse dal fatto che il veicolo dispone di un motore a benzina il cui solo scopo è quello di caricare la batteria quando necessario. La maggior parte dei proprietari della Volt preferiscono ricaricare la piccola batteria del veicolo da 18,4 kW/h a casa, anche se la ricarica Level 2 è pienamente supportata.
La ChargePoint Company è un fornitore leader di caricabatterie Level 3 e si occupa della manutenzione di una vasta rete di stazioni pubbliche di ricarica a livello nazionale. Il caricabatterie Level 3 CPE200 da 50 kW dell’azienda, disponibile commercialmente, è fornito con entrambe le prese per CCS e CHAdeMO. Si può prevedere che nessuno degli standard è posizionato per assumere un ruolo dominante. Infatti, sono abbastanza simili da suggerire che sia ragionevole sperare che siano in grado di convergere. Chi può allora mettere in dubbio che la battaglia ricomincerà quando il settore sarà pronto per il Level 4?