Il riconoscimento del fatto che il cambiamento climatico è una vera minaccia per la continuazione sostenibile del nostro stile di vita ha portato a un'esplosione di alternative al trasporto basato sui combustibili fossili. Dall'inizio degli anni 2000, la progressiva affermazione dei veicoli ibridi (con motore elettrico e termico) e dei veicoli completamente elettrici (EV) è cresciuta notevolmente.
I progressi nelle tecnologie delle batterie e nell'apprendimento automatico hanno creato nuovo entusiasmo attorno ai veicoli elettrici e la maggior parte delle case automobilistiche tradizionali ha introdotto sul mercato delle linee di veicoli elettrici. Oltre agli obiettivi di sostenibilità, anche vantaggi quali standard di emissioni più elevati, diminuzione dei prezzi della tecnologia EV, aumento della densità di corrente delle batterie e infrastrutture di ricarica più diffuse stanno contribuendo a rendere i veicoli elettrici il futuro dei trasporti.
Necessità di certificazioni e standard
Con le nuove e le vecchie aziende sul mercato della mobilità elettrica che utilizzano svariati approcci tecnologici per i veicoli elettrici, è fondamentale stabilire degli standard per garantire che le tecnologie EV siano affidabili. Dei malfunzionamenti nell'elettronica dell'automobile e dell'infrastruttura di ricarica potrebbero avere conseguenze fatali per gli occupanti e le altre persone coinvolte in eventuali incidenti, oltre che per le squadre di soccorso. È necessario garantire il funzionamento sicuro e l'affidabilità di batterie, controlli, connettori a spina, interruttori e cavi per assicurare la massima tranquillità ed evitare incidenti. Dei quadri normativi che stabiliscano parametri di riferimento per le varie tecnologie dei componenti dei veicoli elettrici e offrano un processo di certificazione per i fornitori aumenteranno la fiducia dei consumatori, la sicurezza e la conformità dei fornitori. Tra i principali vantaggi della definizione di standard e certificazioni globali possiamo includere:
- Sicurezza di personale, prodotto e infrastruttura di ricarica
- Interoperabilità in modo da consentire l'utilizzo di un'infrastruttura comune
- Riduzione dei costi per garantire produzione di massa e accessibilità alla tecnologia EV
- Maggiore adozione di nuove tecnologie alla base della rivoluzione EV
Diversi standard vengono pubblicati a livello globale dalla Commissione elettrotecnica internazionale (IEC) e dall'Organizzazione internazionale per la normazione (ISO) e trasposti in versioni sovranazionali e nazionali. Le sezioni successive di questo articolo indicano gli standard e le aree in cui questi standard sono maggiormente applicabili.
Panoramica dei principali standard internazionali sulla mobilità elettrica
Attualmente, non esiste un unico standard globale per i veicoli elettrici. Molti dei principali centri di produzione di veicoli elettrici, inclusi Giappone, Europa, Nord America e Cina, stanno promuovendo idee diverse in svariate aree. Sebbene le certificazioni normative siano di solito successive all'innovazione tecnologica, esse fungono anche da importante rito di passaggio per accedere al mercato dei veicoli elettrici. Stabilendo linee guida di base per la sicurezza e la conformità ambientale, gli standard normativi influiscono sull'evoluzione della tecnologia. Per le tecnologie veicolari EV, esistono quattro aree principali che costituiscono buona parte degli sforzi per la definizione di normative e standard:
- Sicurezza e protezione
- Connettori di ricarica
- Topologia di ricarica
- Comunicazioni correlate alla ricarica dei veicoli elettrici
Figura 1: panoramica dei principali standard per i veicoli elettrici
Sicurezza e protezione
I veicoli elettrici necessitano di rigorosi test di sicurezza. Gli stessi standard di sicurezza richiesti per i veicoli convenzionali si applicano anche ai veicoli elettrici. Le normative sulla sicurezza includono un'ampia serie di dettagli specifici relativi alla gestione delle informazioni, alla privacy, all'installazione, alla prevenzione delle lesioni degli occupanti e all'isolamento da scosse elettriche. I problemi di sicurezza dei veicoli elettrici sono in gran parte compresi nella norma internazionale ISO 6469 che è suddivisa in tre parti:
- Accumulo di corrente elettrica a bordo, ovvero la batteria
- Misure di sicurezza funzionale e protezione dai guasti
- Protezione delle persone dai rischi elettrici
La tabella seguente descrive gli standard di sicurezza e protezione al di fuori della norma ISO 6469.
| Nome dello standard | Descrizione |
| ISO/IEC 27000 | Fornisce consigli sulle migliori pratiche per la gestione della sicurezza delle informazioni, inclusi privacy, riservatezza e questioni IT/tecniche/di sicurezza informatica |
| IEC 60364-7-722 | Impianti elettrici a bassa tensione - Parte 7-722: Requisiti per impianti o posizioni speciali - Forniture per veicoli elettrici |
| SAE J1766 | Garantisce barriere adeguate tra gli occupanti di un veicolo e i sistemi di batterie, per assicurare protezione da fattori e materiali potenzialmente dannosi presenti all'interno del sistema di batterie che possono ferire gli occupanti del veicolo in caso di incidente |
| ISO 17409 | Requisiti di sicurezza per il collegamento conduttivo di veicoli elettrici a circuiti elettrici esterni |
| IEC 61140 | Protezione da scariche elettriche. Aspetti comuni per l'installazione e le apparecchiature |
| IEC 62040 | Gruppi di continuità (UPS) |
| IEC 60529 | Gradi di protezione degli alloggiamenti (codice IP) |
Connettori
Il connettore di ricarica EV o il tipo di spina variano a seconda delle aree geografiche e dei modelli. Sebbene non vi sia consenso sulla tecnologia per un'unica spina a livello universale, esiste una massa critica di case automobilistiche globali che supportano il sistema di ricarica combinato (CCS, Combined Charging System) in Nord America e in Europa. I produttori di auto giapponesi utilizzano il sistema CHArge de MOve (CHAdeMO) e la Cina, il più grande mercato di veicoli elettrici al mondo, ha adottato lo standard GB/T. Tutte le norme intendono definire un'architettura comune per il sistema di ricarica conduttiva dei veicoli elettrici che includa i requisiti operativi nonché quelli funzionali e dimensionali per la presa sul veicolo e il connettore di accoppiamento.
In Nord America, lo standard per i connettori di alimentazione per i veicoli elettrici è il SAE J1772 (IEC 62196 Tipo 1), noto anche come connettore J. Gestito da SAE International e formalmente intitolato "SAE Surface Vehicle Recommended Practice J1772, SAE Electric Vehicle Charge Coupler" include i requisiti generali fisici, elettrici, prestazionali e del protocollo di comunicazione per i sistemi di carica conduttiva dei veicoli elettrici e per i relativi accoppiatori.
Figura 2: tipi di connettori per veicoli elettrici
Comunicazione
Oggi, pochissime stazioni di ricarica (sia domestiche che pubbliche) sono compatibili con la rete intelligente e ancora meno automobili consentono la connettività V2G (da veicolo a rete). Tuttavia, è probabile che la crescente penetrazione sul mercato dei veicoli elettrici aumenterà la necessità di standard comuni per l'infrastruttura di ricarica e per l'interoperabilità tra stazioni di ricarica, reti di distribuzione e gli stessi veicoli elettrici. L'interoperabilità è fondamentale non solo per proteggersi dal blocco dei fornitori dell'infrastruttura di ricarica, ma anche per consentire una connettività conveniente dei veicoli elettrici con infrastrutture di ricarica e misurazione diverse.
ISO15118 – uno standard internazionale per le comunicazioni digitali bidirezionali tra i veicoli elettrici e le stazioni di ricarica – definisce un'interfaccia di comunicazione V2G per la carica/scarica bidirezionale dei veicoli elettrici. ISO15118 è un elemento chiave della funzionalità "plug & charge", poiché consente ai conducenti di veicoli elettrici di inserire la spina di ricarica nell'auto, caricare il veicolo e partire quando sono pronti. Questo processo è possibile grazie a un certificato digitale presente nel veicolo, che consente all'auto di comunicare con il sistema di gestione del punto di ricarica (CPMS). Ciò permette un processo di carica end-to-end senza problemi, che include l'autenticazione e la fatturazione automatiche, ed evita la necessità di utilizzare una scheda RFID, un'app o di memorizzare PIN.
Di seguito viene riportato l'elenco degli standard comuni relativi alla comunicazione dei veicoli elettrici:
| Nome dello standard | Descrizione |
| ISO/IEC 15118 | Interfaccia di comunicazione per la carica/scarica bidirezionale di veicoli elettrici |
| SAE J2847 | Comunicazione tra veicoli plug-in e caricatori CC esterni |
| IEC 61851-24 | Sistema di ricarica conduttiva per veicoli elettrici - Parte 24: Comunicazione digitale tra una stazione di ricarica per veicoli elettrici CC e un veicolo elettrico per il controllo della ricarica CC |
| SAE J2931 | Requisiti di sicurezza per la comunicazione digitale tra l'apparecchiatura di alimentazione del veicolo elettrico (EVSE, Electric Vehicle Supply Equipment) e il fornitore di energia, l'interfaccia dei servizi energetici (ESI, Energy Services Interface), l'infrastruttura di misurazione avanzata (AMI, Advanced Metering Infrastructure) e/o la rete domestica (HAN, Home Area Network) |
| IEC 61850 | Reti e sistemi di comunicazione per l'automazione delle reti elettriche - TUTTE LE PARTI |
Ricarica di veicoli elettrici
Lo standard IEC 61851 riguarda i sistemi di ricarica conduttiva dei veicoli elettrici e definisce quattro modi di ricarica. I primi tre modi forniscono corrente CA al caricatore di bordo dell'EV, mentre il modo 4 fornisce corrente CC direttamente alla batteria, bypassando il caricatore di bordo. Il modo 3 impiega diverse funzioni di controllo e protezione per garantire la sicurezza pubblica.
Figura 3: topologie di ricarica EV
| Ricarica EV | Descrizione |
| Modo 1 | Ricarica con CA su una tipica presa a muro domestica, monofase o trifase, con correnti fino a 16 A. Con questa modalità non c'è comunicazione tra la fonte/rete elettrica e il veicolo. Sul lato infrastruttura è necessario installare un interruttore differenziale/salvavita |
| Modo 2 | Come nel caso del modo 1, ma con correnti più elevate e un'apparecchiatura di controllo e protezione integrata nel dispositivo di controllo e protezione sul cavo (IC-CPD). Il dispositivo IC-CPD protegge dai rischi elettrici in caso di guasti di isolamento |
| Modo 3 | La ricarica con CA avviene tramite una presa di ricarica dedicata collegata a un caricatore fisso (o wall box). L'operazione di carica è controllata tramite la comunicazione tra l'unità di ricarica e il veicolo |
| Modo 4 | La ricarica con CC è utile quando si carica con una quantità elevata di corrente. Nel caso di questa modalità è presente una wall box dedicata con un cavo di ricarica fisso e una presa di ricarica CC dedicata |
Riepilogo
La proliferazione dei veicoli elettrici è destinata a crescere fintantoché il mondo sarà alle prese con il cambiamento climatico e la sostenibilità ambientale. La riduzione dei costi, i progressi tecnologici e la molteplicità di fornitori stanno spingendo verso innovazioni straordinarie nella tecnologia EV. Degli standard globali possono accelerare ulteriormente l'adozione della tecnologia EV e aumentare la conformità alla sicurezza dei veicoli elettrici. Proprio come per le automobili tradizionali, la sicurezza e l'affidabilità sono i punti chiave dei vari standard in uso in tutto il mondo. La sicurezza e la protezione dei veicoli e delle infrastrutture di ricarica, i connettori, la topologia di ricarica e le comunicazioni dei veicoli elettrici sono le aree principali trattate dagli standard odierni. Nonostante la diffusione di standard diversi, esiste una massa critica in varie aree geografiche in grado di guidare un'adozione uniforme degli standard per i veicoli elettrici in tutto il mondo.
Riferimenti
Innovation Outlook: Smart Charging for Electric Vehicles
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