Sfruttate un design modulare per le stazioni di ricarica rapida dei veicoli elettrici

I conducenti di automobili a benzina sono sempre più abituati a entrare nelle stazioni di servizio e nei parcheggi e notare stazioni di ricarica per veicoli elettrici (EV). Sembrano essere spuntate quasi ovunque come funghi. Tuttavia, per i conducenti di veicoli elettrici che fanno lunghi viaggi o per quelli che fanno viaggi brevi e che hanno dimenticato di ricaricare la batteria di recente, le stazioni di ricarica disponibili possono sembrare poche e lontane tra loro. Ciò indica l'aumento della domanda di prodotti commerciali e industriali per soddisfare l'esigenza di pratiche opzioni di ricarica dei veicoli elettrici.

La realizzazione di infrastrutture di ricarica è essenziale per raggiungere gli obiettivi governativi di sostiture i veicoli a combustibile fossile con versioni elettriche. Negli Stati Uniti, alla fine del 2021, l'amministrazione Biden ha annunciato una strategia per la costruzione di 500.000 caricabatterie pubblici per veicoli elettrici in tutto il Paese entro il 2030, e un rapporto del Dipartimento dell'Energia ha indicato che per quella data ne serviranno 1,2 milioni. Anche il Regno Unito, la Cina e l'Unione Europea stanno sovvenzionando e promuovendo gli investimenti nelle infrastrutture pubbliche di ricarica.

Secondo le proiezioni, gli incentivi governativi e le restrizioni sulle emissioni porteranno le vendite di veicoli elettrici da 2 milioni nel 2020 a 73 milioni nel 2040, pari al 61% delle vendite di autovetture a livello mondiale e a percentuali ancora più elevate in Giappone, Stati Uniti e UE. McKinsey stima che il costo dell'infrastruttura, la pianificazione e l'installazione dei caricabatterie pubblici negli Stati Uniti (esclusi gli aggiornamenti elettrici della rete e del sito) sarà di 35 miliardi di dollari fino al 2030 e di altri 16 miliardi di dollari per quelli nei luoghi di lavoro e nei depositi delle flotte.

Progettare soluzioni di ricarica commerciali

Con il numero di veicoli elettrici in circolazione in aumento giorno dopo giorno, il mercato potenziale per le soluzioni di ricarica è enorme, dato che le stime del governo statunitense per le installazioni di porte di ricarica pubbliche all'inizio del 2024 sono meno di 200.000.

Si prevede che la domanda aumenterà con l'aumentare della fiducia dei consumatori nei veicoli elettrici e con l'adozione della tecnologia di ricarica ad alta potenza (HPS), che garantirà circa 19 miglia di autonomia per minuto di ricarica. Questo dato è paragonabile a 2,5 miglia al minuto di ricarica con correnti di carica da 200 kW dello standard Combined Charging System (CCS).

Le soluzioni di ricarica commerciali e industriali sono soggette a numerose considerazioni di progettazione, non ultima la capacità di adattarsi all'evoluzione degli standard di ricarica dei veicoli elettrici. È essenziale che i progettisti creino soluzioni vincenti in base a caratteristiche chiave, tra cui:

• Ricarica rapida ed efficiente per una serie di veicoli elettrici, tra cui auto, autobus e autocarri
• Efficienza energetica che garantisca l'utilizzo della massima potenza per la ricarica e riduca al minimo la perdita di calore
• Un'esperienza di ricarica costante, anche in presenza di fluttuazioni di tensione
• Lunga durata e facilità di manutenzione
• Scalabilità fino ai megawatt, per consentire il funzionamento di grandi parchi di ricarica e la prevista crescita del numero di veicoli elettrici in circolazione
• Funzionamento sicuro e affidabile, con protezione dalle sovratensioni, interruttori automatici e protezione dal surriscaldamento

Per fornire energia veloce, comoda e affidabile ai veicoli elettrici sono necessari prodotti che offrano alta efficienza e flessibilità per l'uso in applicazioni pubbliche e commerciali/industriali.

Alimentatori modulari per una ricarica più rapida dei veicoli elettrici

Phoenix Contact offre moduli di alimentazione CHARX modulari, progettati per una ricarica rapida ed efficiente dei veicoli elettrici. Sono adatti anche per la ricarica fuori strada di flotte e attrezzature pesanti, per le microreti in c.a., per le reti in c.c. ad alta tensione, per l'immagazzinaggio dell'energia e per le applicazioni di elettrolisi dell'idrogeno.

Fondata in Germania nel 1923, l'azienda è leader mondiale nella produzione di componenti, sistemi e soluzioni per l'elettrotecnica, l'elettronica e l'automazione. L'azienda aderisce alla visione della All Electric Society, in cui la crescente elettrificazione, il collegamento in rete e l'automazione dei settori vanno di pari passo con la crescente dipendenza da soluzioni di alimentazione affidabili. A tal fine, si concentra sulla fornitura di punti di ricarica e interfacce di ricarica veloci, sicure e conformi agli standard con le tecnologie più recenti.

Parte di un portafoglio di prodotti completo per le soluzioni di ricarica degli edifici, i moduli di alimentazione CHARX (Figura 1) sono disponibili nelle versioni c.a./c.c. e c.c./c.c. e possono essere montate direttamente senza guide DIN in un armadio standard da 19 pollici, comunemente utilizzato nelle stazioni di ricarica EV. Il design modulare plug-and-play di CHARX semplifica e velocizza i processi di installazione e manutenzione grazie alla tecnologia di connessione rapida a innesto e T-LOX. Le dimensioni del modulo sono pari a 483 mm di larghezza, 134 mm di altezza e 550 mm di profondità.

Figura 1: L'armadio di alimentazione modulare CHARX, disponibile nei modelli c.a./c.c. e c.c./c.c. (Immagine per gentile concessione di Phoenix Contact)

Ottimizzato per la ricarica c.c. con tensioni e correnti elevate, ogni modulo di potenza può fornire una potenza di ricarica fino a 360 kW. Offrono un'efficienza energetica del 95% con un carico del 50% e una dissipazione di potenza inferiore a 14 W in modalità standby, assicurando un buon rapporto costi/benefici quando non sono in uso.

La potenza di ricarica è scalabile grazie alla connessione flessibile di moduli e armadi di sistema. Con un'adeguata tecnologia di raffreddamento, i moduli CHARX offrono una potenza di ricarica fino a una corrente HPC di ben 500 kW, ideale per parchi di ricarica fino ai megawatt.

Il modulo di alimentazione c.a./c.c. trifase 1232243 CHARX PS-M2/3AC/1000DC/30KW ha un intervallo di ingresso compreso tra 340 V_c.a. e 530 V_c.a.. Il modulo di alimentazione c.c./c.c. 1296467 CHARX PS-M2/825DC/1000DC/30KW ha un intervallo di ingresso da 300 V_c.c. a 825 V_c.c. per l'utilizzo in numerosi ambienti con tensione c.c. Entrambi i moduli di alimentazione hanno un intervallo di uscita da 30 V_c.c. a 1.000 V_c.c..

I moduli c.c./c.c. forniscono l'inseguimento continuo del punto di massima potenza (MMPT) che regola la tensione e la corrente di ingresso di una batteria di specchi solari per ottimizzare la potenza di uscita. Ciò aiuta a ottenere l'uscita più efficiente per il dispositivo, nonostante i diversi livelli di radiazione solare, temperatura e tipi di pannelli fotovoltaici.

Un unico controller per più armadi

L'efficace funzionamento di più moduli e armadi di potenza è garantito dal protocollo basato sui messaggi del bus Controller Area Network (CAN), che consente la comunicazione tra dispositivi senza l'ausilio di un computer host. Il Grid Charge Protocol (GCP) basato su CAN consente la comunicazione tra uno o più moduli di alimentazione e un controller di ricarica e supporta metodi di comunicazione peer-to-peer, multicast e broadcast.

Il modulo controller di carica programmabile 1624130 EV-PLCC-AC1-DC1 (Figura 2) funziona con moduli di alimentazione c.a./c.c. o c.c./c.c.per stazioni di ricarica c.c. È il componente centrale del sistema di ricarica elettrica e fornisce le funzioni di comunicazione di rete, autenticazione dell'utente, gestione del carico e sicurezza. L'interfaccia bus CAN gestisce la distribuzione dell'energia elettrica e la comunicazione per le applicazioni di ricarica rapida.

Figura 2: Il controllore di carica programmabile EV-PLCC-AC1-DC1 destinato all'uso con i moduli di alimentazione c.a./c.c. e c.c./c.c. CHARX. (Immagine per gentile concessione di Phoenix Contact)

Il controller funziona ai sensi delle norme IEC 61851-1, IEC 61851-23, DIN SPEC 70121 e degli standard CHAdeMO, offrendo versatilità per le diverse esigenze di ricarica. Include due interfacce Ethernet e un modem wireless integrato, compresa un'opzione 4G.

La possibilità di utilizzare un unico controller per più armadi semplifica la manutenzione e riduce i costi di installazione e di esercizio. Il controller CHARX può collegarsi a un massimo di 48 moduli di alimentazione. Supporta OCPP 1.6J (Core-Profile) per la comunicazione con i sistemi di gestione delle stazioni di ricarica, nonché i protocolli di comunicazione Modbus/TCP o MQTT per l'integrazione con sistemi e piattaforme esterne.

Il controller supporta 16 ingressi digitali e utilizza i connettori COMBICON per l'assemblaggio flessibile e connessioni sicure ai moduli di alimentazione. Il funzionamento continuo durante le interruzioni di corrente è garantito da una batteria ricaricabile integrata.

Conclusione

I moduli di alimentazione e il controller CHARX di Phoenix Contact offrono opzioni versatili e affidabili per la progettazione di stazioni di ricarica ad alta potenza. Grazie alla flessibilità e alla scalabilità, il portafoglio di prodotti CHARX assicura soluzioni che forniscono una gestione efficiente ed economica di più armadi e moduli di alimentazione per diverse applicazioni di ricarica, nonché una perfetta integrazione con diversi protocolli di comunicazione e sistemi esterni.