Il settore automotive sta correndo sempre di più verso l’elettrificazione dei veicoli. A guidare la domanda ci sono le regolamentazioni dei governi, che spingono verso la decarbonizzazione anche attraverso agevolazioni, e il pubblico, che sembra apprezzare la svolta verso le vetture elettriche.
Per poter procedere spediti verso l’elettrificazione, però, è fondamentale potenziare l’infrastruttura di ricarica, un segmento di mercato destinato a svilupparsi rapidamente . Gli analisti della Electric Vehicle Charging Association hanno previsto infatti una crescita del 46,8 % anno su anno (dal 2017 al 2025) e un fatturato complessivo di circa 45,59 miliardi di dollari entro il 2025.
Per questo motivo, Underwriters Laboratories, leader globale delle scienze della sicurezza, ha recentemente aperto un Centro di collaudo dei sistemi di Ricarica dei Veicoli Elettrici (VE) in Germania, vicino a Francoforte. Un impianto aiuterà i produttori di apparecchiature di ricarica di auto elettriche e i produttori di apparecchiature originali per autoveicoli (oem) a soddisfare i requisiti attuali e futuri del mercato e a ridurre al minimo i rischi legati a sicurezza e prestazioni.
I componenti dell’infrastruttura di ricarica dei veicoli elettrici sono di due tipi: quelli che forniscono corrente alternata (ca) e quelli a corrente continua (cc). Le apparecchiature di ricarica a corrente alternata (ca) hanno tempi lunghi di ricarica, ecco perché si trovano nelle aree urbane/commerciali e residenziali dove il conducente generalmente compie brevi distanze e soste prolungate – trovandosi a casa o in ufficio.
La ricarica ca non è invece una soluzione ottimale per chi viaggia su lunghe distanze e senza soste. Per turisti, camionisti e altri trasportatori, lungo le autostrade e le strade più trafficate ci sono le stazioni di ricarica ad alta potenza (Hpc stations – high power charging stations) che forniscono corrente continua (cc) con tempi di ricarica decisamente inferiori visto che le soste sono dei semplici pit stop. La richiesta di apparecchiature di ricarica rapida cc è cresciuta significativamente negli ultimi anni, grazie ai progressi tecnologici delle batterie; di conseguenza, sono aumentati i veicoli elettrici sia privati che commerciali. La maggior durata della batteria e una rete più estesa e affidabile di infrastrutture per la ricarica rapida cc, permettono oggi l’utilizzo di auto elettriche per lunghi viaggi. All’interno del Laboratorio di Ul si collaudano anche i carica batterie ad alta potenza, fino a 350kW.
Oltre all’utilizzo della ricarica ad alta potenza, l’altro tema destinato a diventare sempre più importante è quello delle stazioni di ricarica cc più piccole e ad uso domestico, con trasferimento bidirezionale di corrente. Stazioni che giocheranno un ruolo chiave nelle applicazioni dei veicoli connessi alla rete (vehicle to grid, V2G), perché potranno essere integrate in modo molto efficace nel sistema di gestione dell’energia delle aree urbane e residenziali. L’esperienza di Ul nel campo degli inverter e del fotovoltaico, insieme al know how per il collaudo di apparecchiature di ve, posiziona il laboratorio all’avanguardia.
La ricarica dei VE è un processo complesso, in cui più sistemi e protocolli si uniscono. I protocolli di comunicazione, i controlli degli eventi di carica, la gestione delle batterie e i sistemi di protezione implicano che questo tipo di apparecchiatura sia molto più sofisticata di un carica batterie tradizionale. Inoltre, non tutte le apparecchiature di ricarica conduttiva sono uguali: le diverse configurazioni di uscita e di ingresso del connettore del veicolo determineranno i protocolli di comunicazione e ricarica corrispondenti. Con il progresso a livello tecnico diventa tutto ancora più complesso. La ricarica vehicle to grid (V2G) trasforma i VE in applicazioni di accumulo di energia e in risorse energetiche distribuite e consente ai VE di integrarsi nella rete municipale e servire come rete di back-up ad uso domestico, residenziale. Il nuovo impianto di UL permette di testare la ricarica V2G – fino a 250kW – insieme alle altre funzionalità, che diventano sempre più parte integrante dell’infrastruttura di ricarica, come i sistemi di protezione personale e le soluzioni di pagamento.
La conformità con le norme internazionali è molto importante, in quanto una perfetta interoperabilità tra un veicolo e una qualsiasi infrastruttura di ricarica contribuirà ad aumentare l’adozione di auto elettriche. Questo comporterà un impatto più ampio sugli obiettivi climatici internazionali e la riduzione dell’uso di combustibili fossili. Va da sè il ruolo strategico ed essenziale dei laboratori di prova. Per aiutare gli OEM del settore automobilistico e i fornitori di infrastrutture a garantire che i loro prodotti siano sicuri e conformi alle norme internazionali, sono necessari test approfonditi. I prodotti da testare riguardano tutti i tipi di apparecchiature per l'alimentazione di veicoli elettrici (EVSE – electric vehicle supply equipment), comprese le soluzioni di ricarica domestica – ad esempio le wallbox e i dispositivi di ricarica portatili – e soluzioni di ricarica industriale – ad esempio per gli e-autobus e i camion elettrici – e ovviamente le componenti di ricarica dei VE, come dispositivi di interruzione del circuito di carica (Ccid – charge circuit interrupting devices), dispositivi di rilevamento di corrente residua, connettori e spine per VE, e così via. Allo stesso modo, le verifiche sono importanti anche per i caricatori veloci, i sistemi di ricarica vehicle-to-grid e induttivi.
L’atto stesso della verifica è di per sé complesso, in quanto comprende il controllo di una serie di funzionalità diverse in base ai protocolli associati. Ad esempio, esistono protocolli di comunicazione come CHAdeMO, ISO 15118, DIN SPEC 70121 o Open Charge Point Protocol (OCCP) che consentono la comunicazione tra l'auto e il carica batterie. I prodotti sono testati anche per vedere come rispondono a una serie di requisiti di sicurezza funzionali ed elettrici, test delle prestazioni, test wireless (Wi-Fi, 3G/4G/5G), così come per lo sviluppo, la convalida e i test ambientali. A ciò si aggiungono i test per i requisiti specifici di mercato, come SAE J1772, UL 2202, lo Standard for Electric Vehicle (EV) Charging System Equipment o UL 2594, lo Standard for Electric Vehicle Supply Equipment e risulta evidente che queste verifiche siano complesse, ma necessarie. E’ necessario inoltre effettuare rigorosi controlli di sicurezza per garantire che i prodotti siano installati in modo sicuro e integrati con i sistemi per far sì che aiutino a prevenire rischi di incendi elettrici, cortocircuiti e sovratensioni.
L’accuratezza dei test garantisce la compatibilità della tecnologia e dei prodotti con la fornitura locale di energia elettrica nei vari mercati di riferimento degli oem, consentendo a questi ultimi di ridurre i cicli di sviluppo e di accelerare il time-to-market, oltre ad essere più competitivi sul mercato globale.
Con il centro di collaudo di Francoforte, Ul offre supporto ai propri clienti fornendo dei servizi che aiutano a ridurre i rischi di sicurezza e performance durante l’intero ciclo di vita del prodotto e pemettendo loro di affrontare le crescenti esigenze e gli standard di sicurezza dei mercati di tutto il mondo.
