Le aziende coinvolte nel progetto di ricerca “FastCharge” hanno presentato nelle scorse settimane gli ultimi progressi nel campo della fornitura di energia rapida e conveniente per veicoli elettrici. Il prototipo di una stazione di ricarica con una capacità fino a 450 kW è stato inaugurato a Jettingen-Scheppach, in Baviera. In questa stazione di ricarica ultraveloce, i veicoli di ricerca alimentati elettricamente, creati come parte del progetto, sono stati in grado di dimostrare tempi di ricarica inferiori ai tre minuti per i primi 100 chilometri di autonomia o 15 minuti per una carica completa (10-80% Stato di Carica (SOC)).
Auto elettrica: una stazione di ricarica veloce
La nuova stazione di ricarica può essere utilizzata gratuitamente subito ed è idonea per i modelli elettrici di tutte le marche con la versione di tipo 2 del sistema di ricarica combinata (CCS) a livello internazionale ampiamente utilizzato in Europa.
Il progetto di ricerca “FastCharge” è gestito da un consorzio industriale sotto la guida del BMW Group; gli altri membri sono Allego GmbH, Phoenix Contact E-Mobility GmbH, Porsche AG e Siemens AG. “FastCharge” riceve un finanziamento totale di 7,8 milioni di euro dal ministero federale dei Trasporti e dell’infrastruttura digitale.
La carica rapida e conveniente migliorerà l’attrattiva dell’elettromobilità. L’aumento della capacità di ricarica fino a 450 kW – tra le tre e le nove volte la capacità disponibile alle stazioni di ricarica rapida DC fino ad oggi – consente una sostanziale riduzione dei tempi di ricarica.
“FastCharge” sta studiando i requisiti tecnici che devono essere soddisfatti in termini di veicoli e infrastrutture per poter sfruttare queste capacità di carico estremamente elevate.
Un’infrastruttura di ricarica ad alte prestazioni
La base è fornita da un’infrastruttura di ricarica ad alte prestazioni. Il sistema di fornitura di energia Siemens utilizzato nel progetto consente ai ricercatori di testare i limiti della capacità di ricarica rapida dimostrata dalle batterie dei veicoli. Può già gestire tensioni più elevate fino a 920 volt: il livello previsto nei futuri veicoli ad alimentazione elettrica.
Il sistema integra sia l’elettronica ad alta potenza per le connessioni di ricarica, sia l’interfaccia di comunicazione con i veicoli elettrici. Questo regolatore di carica garantisce che l’uscita sia adattata automaticamente in modo che le diverse auto elettriche possano essere caricate utilizzando un’unica infrastruttura. L’architettura flessibile e modulare del sistema consente di ricaricare più veicoli allo stesso tempo.
Grazie alla ricarica ad alta corrente e ad alta tensione, il sistema è adatto per una serie di applicazioni diverse, incluse le soluzioni di ricarica della flotta e, come in questo caso, la ricarica lungo le autostrade. Per collegare il sistema alla rete pubblica di Jettingen-Scheppach, è stato allestito un contenitore di ricarica con due collegamenti di ricarica: uno fornisce una capacità di ricarica di 450 kW, mentre il secondo può erogare fino a 175 kW. Entrambe le stazioni di ricarica sono ora disponibili per l’uso gratuito per tutti i veicoli compatibili con CCS.
Cavi di ricarica raffreddati a liquido
I prototipi della stazione di ricarica Allego ora presentati utilizzano la versione europea di tipo 2 dei connettori di ricarica CCS (Combined Charging System) ormai consolidati. Questo standard si è già dimostrato efficace in numerosi veicoli ad alimentazione elettrica ed è ampiamente utilizzato a livello internazionale.
Per soddisfare le esigenze di ricarica rapida ad alta capacità, vengono utilizzati cavi raffreddati HPC (High Power Charging) realizzati da Phoenix Contact, che sono completamente compatibili con CCS. Il fluido di raffreddamento è una miscela ecologica di acqua e glicole, che consente al circuito di raffreddamento di essere semiaperto. Ciò rende la manutenzione relativamente semplice rispetto ai sistemi ermeticamente sigillati che utilizzano olio.
Una sfida consisteva nel garantire che i tubi di raffreddamento nella linea di carica non fossero schiacciati quando erano collegati alla stazione di ricarica, come accadrebbe con un pressacavo convenzionale. Nel presente caso ciò comprometterebbe il flusso di raffreddamento e quindi l’efficienza di raffreddamento. Questo problema è stato risolto da Phoenix Contact mediante un condotto a parete appositamente sviluppato con interfacce definite per la trasmissione di potenza, la comunicazione e il raffreddamento e lo scarico della tensione integrato.
Per quali batterie?
A seconda del modello, la nuova stazione di ricarica ultraveloce può essere utilizzata per veicoli dotati di sistemi di batterie a 400 V e 800 V. La sua capacità di carico si adatta automaticamente alla capacità di carico massima consentita sul lato del veicolo. Il tempo risparmiato grazie alle maggiori capacità di carico è dimostrato nell’esempio della BMW i3. Un’unica operazione di ricarica SOC del 10-80% richiede solo 15 minuti per la batteria ad alta tensione, che ha una capacità netta di 57 kWh. Questo può essere ottenuto mediante una batteria ad alta tensione appositamente sviluppata, combinata con una strategia di ricarica intelligente
Quest’ultima include un precondizionamento preciso della temperatura di stoccaggio all’inizio della carica, gestione della temperatura durante l’operazione di ricarica stessa e un profilo della capacità di carica perfettamente coordinato nel tempo. L’operazione di ricarica viene effettuata tramite una nuova rete multitensione mediante un convertitore DC / DC (HV-DC / DC) ad alta tensione, trasformando la tensione di ingresso 800 V richiesta della stazione di ricarica in 400 V di sistema del veicolo.
Il sistema HV-DC / DC conferisce inoltre la compatibilità inversa del veicolo, consentendone la ricarica sia nelle stazioni di ricarica vecchie che in quelle future. Un fattore chiave per garantire un funzionamento affidabile è la comunicazione sicura tra il veicolo e la stazione di ricarica.
Il veicolo Porsche testato, con una capacità della batteria netta di ca. 90 kWh raggiunge una capacità di carico di oltre 400 kW, consentendo in tal modo tempi di ricarica inferiori ai tre minuti per i primi 100 km di autonomia.
