I migliori cavi di ricarica per veicoli elettrici offrono un'esperienza utente piacevole garantendo al contempo sicurezza e affidabilità

In genere, non abbiamo alcun problema a collegare e scollegare connettori elettrici di dimensioni medie e piccole. Non esitiamo a farlo con connettori USB, RF coassiali, HDMI e altri piccoli connettori a bassa tensione non protetti per cellulari e una miriade di altri dispositivi. Utilizziamo inoltre connettori "a cilindro" completamente esposti insieme ad adattatori c.a./c.c. (adattatori a parete) per caricare i nostri dispositivi. Poiché tutti questi connettori sono a bassa potenza e bassa tensione, non pongono alcun pericolo per l'utente.

Anche a tensioni più elevate, la maggior parte dei consumatori non ha alcun problema a collegare cavi a una linea in c.a. (120/240 V), e in genere ciò accade meno spesso rispetto all'uso di connettori con una tensione più bassa. Le persone hanno imparato a essere abbastanza prudenti con questi connettori c.a., in quanto non sono interamente chiusi, presentano spine in parte esposte e spesso presentano un isolamento o una scocca vecchi e incrinati.

A dire il vero, stupisce il fatto che vi siano così pochi morti e feriti da folgorazione. Secondo un rapporto della National Library of Medicine/National Institutes of Health relativo agli infortuni elettrici¹, negli Stati Uniti si verificano circa 1000 morti all'anno correlate a infortuni elettrici. Di queste, circa 400 sono legate a infortuni elettrici ad alta tensione, mentre i fulmini ne causano da 50 a 300. Vi sono inoltre almeno 30.000 incidenti elettrici non fatali all'anno, e circa il 5% di tutti gli accessi ai reparti ustioni negli Stati Uniti è a seguito di infortuni elettrici.

All'incirca il 20% di tutti gli infortuni elettrici vede vittime dei minori, inclusi bambini piccoli e adolescenti, e la maggior parte di questi infortuni si verifica in ambienti domestici. Per gli adulti, questi infortuni si verificano per lo più in ambienti lavorativi e sono la quarta causa principale di morti sul lavoro. La buona notizia è che gli incidenti elettrici domestici che causano ustioni o esiti ancora peggiori sono piuttosto rari. In breve: la gente sa che le tensioni delle linee in c.a. sono potenzialmente pericolose, pertanto fa attenzione durante l'utilizzo di spine e cavi. Questa familiarità e sicurezza associata devono diventare parte dell'esperienza utente con i veicoli elettrici.

La ricarica di veicoli elettrici solleva dubbi relativi alla familiarità e alla sicurezza

Con l'utilizzo sempre più diffuso di veicoli elettrici, il consumatore medio deve prendere confidenza con un livello di tensione, corrente e potenza più elevato (fino a 250 kW), oltre che con i connettori e i cavi assemblati associati. Mentre alcuni proprietari di veicoli elettrici pensano di effettuarne la ricarica "a casa di notte" utilizzando una linea da 120/240 V c.a., molti progettano di installare nelle proprie abitazioni caricatori c.c. di livello 2 dalla potenza più elevata per sfruttarne il tempo di carica molto più rapido e l'efficienza superiore. Inoltre, gli utenti adopereranno di sicuro anche dei caricatori di livello 2 lungo la strada, presso stazioni di ricarica pubbliche. Questi utenti si aspettano un processo di collegamento/scollegamento semplice e affidabile, con una sequenza di ricarica simile a quella di rifornimento di benzina e diesel per i motori a combustione interna (ICE) (Figura 1).

Figura 1: Per stabilire un fattore di comfort per gli utenti dei veicoli elettrici è necessario, tra le altre cose, garantire che la sequenza di collegamento e scollegamento per la ricarica sia simile a quella di rifornimento dei tipici veicoli ICE. (Immagine per gentile concessione di Phoenix Contact)

Questi caricatori necessitano di soluzioni per il cablaggio e il connettore che rispondano a obiettivi complessi relativi alla semplicità d'uso, alla somiglianza con il fattore di forma dei distributori di benzina/diesel, a una capacità elettrica significativa, alla sicurezza dal punto di vista elettrico e termico e alla robustezza in generale, inclusa la resistenza all'uso improprio.

Vale la pena sottolineare che nel settore viene adoperato il termine "cavo" per fare riferimento al connettore e al cavo, in quanto i due elementi sono forniti come singola unità integrata, non come due sottoassiemi distinti.

L'esempio della coppia connettore e cavo dà un'idea della sfida

I connettori e i cavi per linee in c.a. devono essere conformi a dei requisiti elettrici e meccanici modesti. Questi vanno da semplici soluzioni a due fili senza collegamento a massa, come quelle adoperate per lampade da scrivania residenziali, a spine a tre fili con collegamento a massa ad alta integrità per elettrodomestici. Tali soluzioni prevedono alloggiamenti per connettori e cavi stampati pieni.

Diversamente, le soluzioni per veicoli elettrici devono gestire correnti e tensioni molto più elevate, rilevare l'aumento della temperatura interna causato da condizioni ambientali e autoriscaldamento, essere resistenti all'uso corretto e improprio (come essere lasciati cadere a terra, schiacciati dai veicoli, lasciati in una pozzanghera), e fornire nonostante tutto livelli di integrità elettrica e meccanica in un ambiente non protetto. Tra i vari scenari possibili, gli utenti potrebbero tentare di effettuare una ricarica mentre il veicolo si trova parzialmente nell'acqua (e riuscirci) (Figura 2).

Figura 2: Scenario non consigliato, ma comunque praticabile: le stazioni di ricarica per i veicoli elettrici presentano diversi livelli di protezione per garantire una ricarica sicura anche in presenza di molta acqua. (Immagine per gentile concessione di Sun/News Group Newspapers/UK)

Non è facile garantire tutto questo, ma è possibile farlo, come dimostrato dalla famiglia di cavi di ricarica c.c. CCS C-Line (connettori inclusi) per veicoli elettrici di Phoenix Contact. La famiglia di cavi è composta da due gruppi simili dotati però di una sostanziale differenza: il Tipo 1 è pensato per il Nord America (SAE J1772) e presenta una clip di bloccaggio discreta, mentre il Tipo 2 è progettato per l'Europa (IEC 62196-3) (Figura 3). Questi due gruppi hanno specifiche e un aspetto leggermente diversi.

Figura 3: I connettori di ricarica c.c. CCS C-Line per il Nord America (sinistra) e l'Europa (destra) offrono funzionalità simili con fattori di forma leggermente diversi. (Immagine per gentile concessione di Phoenix Contact)

I cavi di ricarica c.c. CCS C-Line sono dotati di un esclusivo connettore di ricarica leggero, che è progettato secondo gli standard CCS ma in un fattore di forma più piccolo per manipolazione e conservazione più agevoli. Questi cavi sono stati realizzati per l'uso in ambienti in cui non è necessaria una potenza di carica elevata e la ricarica c.c. è preferita a quella c.a. Saranno utilizzati in residenze personali, condomini, parcheggi e aziende. Con correnti di carica fino a 80 A, i cavi CCS C-Line offrono una capacità di livello superiore e un tempo di ricarica ridotto rispetto ai cavi di ricarica c.a.

Il mercato principale sarà per i produttori di EVSE (attrezzature di servizio per veicoli elettrici) e gli operatori di flotte. All'interno dei gruppi Tipo 1 e Tipo 2 sono presenti diverse offerte, con la possibilità di scegliere tra fili da 6 o 10 AWG a seconda delle capacità di corrente, e lunghezze dei cavi da 4 a 7 m.

Agli utenti non interessano gli schemi o le funzionalità dei contatti del connettore, come i contatti di alimentazione c.c. positivo e negativo (c.c. + e c.c. -), terra di protezione (PE) e contatti di segnale post-inserimento (CS e CP) (Figura 4).

Figura 4: I contatti principali del connettore CCS C-Line sono i contatti di alimentazione c.c. positivo e negativo (c.c.+ e c.c.-), terra di protezione (PE) e i contatti di segnale post-inserimento (CS e CP). (Immagine per gentile concessione di Phoenix Contact)

A loro interessa piuttosto un fattore di forma rassicurante, con un aspetto familiare e simile a quello del gruppo impugnatura "a pistola" di una pompa di benzina/diesel (Figura 5).

Figura 5: Quando in uso, il gruppo c.c. CCS offre la rassicurante familiarità di un processo di rifornimento di benzina/gas. (Immagine per gentile concessione di Phoenix Contact)

Tuttavia, le molte caratteristiche tecniche necessarie per una corretta ricarica dei veicoli elettrici CCS devono essere invisibili o trasparenti per gli utenti; tali funzioni sono indicate con dei numeri cerchiati nella Figura 6.

Figura 6: Il connettore CCS C-Line include sei caratteristiche e funzioni tecniche e prestazionali chiave che l'utente potrebbe non notare (salvo non siano segnalate con etichetta e logo), ma fondamentali per un funzionamento corretto, efficace, affidabile e sicuro. (Immagine per gentile concessione di Phoenix Contact, modificata da Bill Schweber)

1) Tecnologia integrata sensore di temperatura: grazie alla misurazione precisa della temperatura direttamente sui contatti di alimentazione, il processo di ricarica può essere interrotto in caso di surriscaldamento, per proteggere l'utente e la stessa stazione di ricarica.

2) Contatti placcati argento: le superfici placcate argento dei contatti di alimentazione e di segnale garantiscono una trasmissione di energia efficiente, una protezione dalla corrosione ottimale e una lunga durata in servizio.

3) Logo personalizzato: in alternativa al logo Phoenix Contact, i connettori di ricarica possono presentare un logo personalizzato stampato su un'etichetta in plastica resistente alle condizioni atmosferiche e ai raggi UV.

4) Design compatto con impugnatura ergonomica: la forma ergonomica dell'impugnatura garantisce maneggevolezza e un'esperienza confortevole. In aggiunta, il design compatto garantisce un aspetto generale armonico della stazione di ricarica e del connettore.

5) Sigillatura dal design intelligente: il raffinato design della sigillatura garantisce un'impermeabilità longitudinale continua, impedendo all'umidità di penetrare nel connettore di ricarica o nel cavo.

6) Cavo progettato in conformità con DIN EN 50620: il cavo di ricarica particolarmente robusto e dotato di certificato VDE è stato progettato proprio per l'uso in applicazioni di e-mobility in merito allo spessore isolante, alla flessibilità del materiale e ad altre proprietà.

Conclusione

La ricarica c.c. di veicoli elettrici necessita di un gruppo connettore e cavo che soddisfi rigidi criteri di prestazioni elettriche e meccaniche. Al contempo, deve avere un aspetto, un funzionamento e un fattore generale di comfort adatto per i consumatori. I cavi di ricarica c.c. CCS C-Line di Tipo 1 e Tipo 2 di Phoenix Contact rispettano questi requisiti e sono disponibili in più versioni per rispondere a requisiti di progettazione finale diversi.

Contenuto correlato

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

https://www.digikey.com/en/articles/compact-ccs-cables-provide-level-2-fast-dc-charging

2: Come utilizzare una gamma di connettori per supportare un'infrastruttura di ricarica EV completa

https://www.digikey.com/en/articles/how-to-employ-a-connectors-for-ev-charging-infrastructure

Riferimenti

1: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK448087/