I cavi CCS compatti forniscono ricarica c.c. rapida di livello 2

La ricarica deve essere pratica e affidabile per eliminare l'ansia da autonomia tipicamente associata ai veicoli elettrici (EV). Per soddisfare queste esigenze, i progettisti di infrastrutture di servizio per i veicoli elettrici (EVSE) devono includere una varietà di opzioni di ricarica, tra cui caricabatterie veloci a media potenza, di livello 2, in corrente continua (c.c.) in ambienti residenziali, commerciali e di vendita al dettaglio, che possono erogare fino a 80 A; caricabatterie ultraveloci ad alta potenza, di livello 3, che possono erogare fino a 500 A c.c. e caricabatterie a bassa potenza, di livello 1, in corrente alternata (c.a.) per la ricarica notturna e di emergenza.

Tuttavia, la ricarica c.c. dei veicoli elettrici è complessa. L'EVSE deve monitorare continuamente il blocco del connettore, l'isolamento del sistema, la tensione di carica, la corrente di carica e la temperatura del connettore. Se uno qualsiasi di questi parametri non rientra nei limiti stabiliti, l'EVSE si spegne. Inoltre, progettare, assemblare e garantire l'integrità meccanica ed elettrica a lungo termine di un cavo e di un connettore compatti per caricabatterie c.c. di livello 2 può essere impegnativo. Il cavo comprende 5 conduttori: +c.c., -c.c., comunicazioni, monitor di blocco e terra di protezione. Questi conduttori devono essere collegati in modo affidabile all'EVSE da un lato e al connettore del sistema di ricarica compatto (CCS) dall'altro. Se uno qualsiasi di questi collegamenti è difettoso, l'EVSE richiederà probabilmente un lungo e costoso intervento per garantire un funzionamento affidabile.

Per risolvere i problemi legati all'assemblaggio dei connettori CCS e dei cavi per le EVSE di livello 2, i progettisti possono utilizzare connettori CCS compatti preassemblati con cavi collegati. Questi cavi e connettori assemblati sono progettati per l'uso in luoghi in cui non è necessaria la ricarica di livello 3, ma è preferibile una ricarica più veloce di livello 2 rispetto a quella di livello 1. Questi cavi sono disponibili nel tipo 1 per il Nord America e nel tipo 2 per l'Europa, con il tipo 1 che soddisfa i requisiti UL2251.

Questo articolo esamina le differenze tra i connettori e i cavi CCS in c.a. e c.c. e confronta i connettori CCS di livello 2 e 3 in termini di dimensioni e comodità. Il documento illustra inoltre diversi casi d'uso dei cavi assemblati CCS di media potenza e presenta i cavi assemblati compatti CCS di Phoenix Contact di tipo 1 e 2, insieme alle raccomandazioni per l'installazione.

La differenza tra i cavi di ricarica EV in c.a. e in c.c.

Le prese di ricarica standard CCS sono progettate per ospitare connettori di ricarica sia c.a. che c.c., garantendo flessibilità e semplificando la progettazione dei veicoli elettrici. La ricarica c.a. è intrinsecamente a bassa potenza e utilizza cavi con connettori collegabili a entrambe le estremità (Figura 1). Per la ricarica c.c., che funziona a livelli di potenza più elevati, il cavo di ricarica è sempre collegato all'EVSE su un capo, con un connettore all'altro capo che si inserisce nella presa del veicolo. Inoltre, i connettori c.c. sono dotati di funzioni di sicurezza non presenti nelle loro controparti c.a., tra cui meccanismi di blocco e monitoraggio della temperatura.

Figura 1: I cavi per la ricarica c.c. sono fissati in modo permanente all'EVSE e si inseriscono nella presa EV. I cavi per la ricarica c.a. hanno spine su entrambe le estremità. (Immagine per gentile concessione di Phoenix Contact)

I connettori CCS per la ricarica c.a. di livello 2 e di livello 3 fino a 250 kW hanno dimensioni simili e possono essere utilizzati in un comune ingresso del veicolo. La differenza principale consiste in un aumento del 50% del diametro del cavo per le unità da 250 kW per trasportare i livelli di potenza più elevati, con un corrispondente aumento del peso. Grazie a un cavo molto più piccolo, i connettori di livello 2 e i cavi assemblati con potenza fino a 80 kW sono molto più leggeri e facili da maneggiare. La ricarica c.c. ad alta potenza, fino a 500 kW o più, richiede un ingresso diverso per il veicolo che supporti il raffreddamento a liquido, nonché un connettore e un cavo più grandi (Tabella 1).

Tabella 1: Confronto delle dimensioni dei connettori e dei cavi CCS di tipo 2 per caricabatterie c.a. da 80 kW, 250 kW e 500 kW. (Immagine per gentile concessione di Phoenix Contact)

I meccanismi di blocco sono integrati nei sistemi di connettori di ricarica CCS per la sicurezza dell'utente e per garantire il corretto funzionamento dell'EVSE. Questi blocchi sono progettati per resistere a elevate forze di estrazione, rendendo quasi impossibile scollegare il connettore durante la ricarica del veicolo elettrico. Il meccanismo di bloccaggio dei connettori di tipo 1 è costituito da una molletta manuale, come illustra la Figura 2. Nei connettori di tipo 2, il bloccaggio avviene tramite un bullone metallico a comando elettromagnetico. In entrambi i casi, il meccanismo di chiusura viene monitorato e il suo stato viene comunicato all'EVSE attraverso una connessione dedicata.

Figura 2: I connettori CCS di tipo 1 includono una molletta di bloccaggio azionata manualmente. (Immagine per gentile concessione di Phoenix Contact)

I connettori di ricarica CCS richiedono il rilevamento integrato della temperatura. Grazie al monitoraggio preciso della temperatura direttamente sui contatti di alimentazione, il processo di ricarica può essere interrotto o rallentato in caso di surriscaldamento, per proteggere l'utente da pericoli e l'EVSE da danni. Questi connettori includono due sensori PT1000, uno su ciascun contatto (Figura 3). Questi sensori hanno una resistenza che aumenta linearmente con l'aumentare della temperatura, semplificando il monitoraggio della temperatura. La temperatura viene comunicata all'EVSE attraverso una linea di segnale nel cavo.

Figura 3: I sensori di temperatura PT1000 sono necessari sui contatti del connettore CCS per monitorare la temperatura di funzionamento e garantire una carica sicura. (Immagine per gentile concessione di Phoenix Contact)

Collegamenti sicuri

I collegamenti all'interno del connettore CCS sono particolarmente importanti. I collegamenti interni all'EVSE non sono soggetti a sollecitazioni meccaniche significative, ma il connettore CCS sarà accoppiato e disaccoppiato regolarmente e i collegamenti dei cavi saranno soggetti a ripetute sollecitazioni (Figura 4). I cavi dei connettori non fissati correttamente possono causare il deterioramento dei contatti sotto forma di aumento della resistenza o perdita del potere di fissaggio, causando il surriscaldamento o la momentanea perdita di collegamento di uno o più conduttori. Cavi di collegamento assemblati in modo inadeguato comportano una minore affidabilità del sistema di ricarica, l'insoddisfazione dell'utente e possibili spese di garanzia per i produttori di EVSE.

Figura 4: Le dimensioni ridotte dei connettori per la ricarica c.c. di media potenza rendono difficile garantire collegamenti robusti e affidabili dei cavi. (Immagine per gentile concessione di Phoenix Contact)

Casi d'uso del livello 2

Si prevede che la ricarica c.c. di livello 2 si diffonderà nei casi in cui è necessaria una potenza superiore a quella che può essere fornita dalla ricarica c.a. e quando non è necessaria una ricarica di livello 3 più rapida. Le EVSE che utilizzano questi connettori compatti soddisfano gli standard CCS e il fattore di forma più piccolo aumenta la praticità e la facilità d'uso. Si prevede che saranno utilizzate in una serie di applicazioni in vari ambienti, tra cui:

Residenziale suburbano: i caricabatterie c.c. di livello 2 utilizzano corrente alternata (V c.a.) a 240 V e possono ricaricare un gruppo batteria da tre a sette volte più velocemente di un caricabatterie c.a. di livello 1, a seconda del veicolo. Un ulteriore vantaggio è che per le case dotate di pannelli solari, i caricabatterie c.c. di livello 2 possono trasferire l'energia c.c. direttamente dalla batteria di specchi solari, eliminando la perdita di potenza di conversione. In futuro, con la diffusione dei sistemi veicolo-rete (V2G) e veicolo-casa (V2H), saranno disponibili caricabatterie bidirezionali di livello 2 che controlleranno il flusso di energia inverso dal veicolo all'abitazione o alla rete.

Case plurifamiliari e condomini: complessi di appartamenti e condomini stanno mettendo a disposizione dei residenti e dei visitatori caricabatterie c.c. di livello 2. Inoltre, la cosiddetta ricarica "in strada" in contesti residenziali urbani comprende caricatori per le auto parcheggiate in strada quando non sono disponibili i garage. In entrambi i casi, il caricatore può fornire un flusso di entrate al proprietario dell'EVSE e comodità ai proprietari di veicoli elettrici nel quartiere.

Luoghi pubblici in cui si posteggiano le auto: i caricabatterie c.c. di livello 2 sono sempre più installati in una varietà crescente di luoghi pubblici, come centri commerciali e cinema multisala, scuole e università, parcheggi, palazzetti dello sport, stazioni di servizio e officine. Con l'aumento delle vendite di veicoli elettrici, i caricabatterie c.c. di livello 2 si trovano anche presso i concessionari di auto. Questi caricatori sono utilizzati per assicurarsi che i veicoli elettrici siano completamente carichi prima della consegna ai clienti e per ricaricare i veicoli lasciati in servizio.

Soluzioni con connettori c.c. di livello 2

Quando è necessaria una corrente di carica fino a 80 A, i progettisti di EVSE possono rivolgersi ai leggeri connettori e cavi di ricarica c.c. CCS C-Line di Phoenix Contact. Sono disponibili in varie lunghezze per applicazioni di tipo 1 e tipo 2. Ad esempio, il cavo di ricarica 1236308 ha un connettore di tipo 1 e un cavo lungo 4 metri, mentre il cavo di ricarica 1236966 ha un connettore di tipo 2 e un cavo lungo 7 metri. Questi connettori ergonomici soddisfano tutti gli standard CCS in un fattore di forma compatto per facilitare connessioni e disconnessioni rapide e sono destinati a una serie di applicazioni di ricarica a bassa potenza (Figura 5). Se lo si desidera, possono essere forniti con un logo aziendale per evidenziare il branding delle EVSE. Anche se di piccole dimensioni, le prestazioni sono elevate e comprendono:

• Contatti argentati per prestazioni e affidabilità ottimali
• Sensori integrati per monitorare la temperatura dei contatti di potenza e meccanismi di blocco integrati, secondo lo standard CCS
• Conformità DIN EN 50620, più isolamento estruso e guaine con tensione fino a 750 V per l'uso in ambienti difficili quando si collega l'EVSE al veicolo
• Compatibilità con i requisiti dello standard automotive IATF 16949 e della norma ISO 9001

Figura 5: La forma ergonomica dei connettori CCS C-Line e il cablaggio leggero facilitano la maneggevolezza e la praticità. (Immagine per gentile concessione di Phoenix Contact)

Integrazione EVSE

Per supportare l'integrazione dei cavi assemblati C-Line nelle EVSE, Phoenix Contact mette a disposizione dei progettisti supporti per connettori e pressacavi, tra cui il supporto 1624143 e il pressacavo 1424483 per i connettori di tipo 1 e il supporto 1624153 e il pressacavo 1411134 per i connettori di tipo 2. L'installazione di supporti per connettori sul lato o sulla parte anteriore dell'EVSE offre un punto sicuro per i connettori quando non sono in uso. Il connettore si blocca in posizione ma può essere rimosso facilmente. Il supporto è flessibile e può essere montato con un'inclinazione frontale da 0° a 45°. L'uso di un pressacavo protegge il cavo mentre passa attraverso la parete dell'EVSE, protegge il cavo da danni se l'utente lo tira e impedisce l'ingresso di sporcizia e umidità nell'EVSE.

Figura 6: I supporti per connettori (a sinistra) e i pressacavi (a destra) per i connettori di tipo 2 facilitano l'integrazione dei connettori e dei cavi CCS C-Line nelle EVSE. (Immagine per gentile concessione di Phoenix Contact)

Conclusione

La ricarica c.c. di livello 2 può essere una valida alternativa alla ricarica di livello 1 a bassa potenza. Tuttavia, la progettazione dei cablaggi e dei connettori per la ricarica c.c. comporta numerose sfide in termini di prestazioni, sicurezza e normative. Come dimostrato, utilizzando cavi/connettori già pronti per la ricarica di livello 2, i progettisti possono risolvere rapidamente molte di queste sfide, oltre a sfruttare altri vantaggi come il peso ridotto e il design ergonomico per una maggiore facilità d'uso.

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