CONVEGNO TECNICO MATERIALE DIDATTICO

CONVEGNO TECNICO MATERIALE DIDATTICO CONVEGNO TECNICO AUTO ELETTRICA: FUTURO E SOLUZIONI PER LA RICARICA Intervento: Ing. Cesare Campello Responsabile Tecnico S.r.l. Centro Direzionale Terraglio 1 Via Don Tosatto n.35 30174 Mestre (VE) P.IVA e Cod.Fisc.03929800278 Tel. 041/3969013 Fax 041/3969038 - www.vegaformazione.it

AUTO ELETTRICA: FUTURO E SOLUZIONI PER LA RICARICA CONVEGNO DEL 13/09/2012 La tecnologia a disposizione per la diffusione dei sistemi di ricarica CONVEGNO DEL 13/09/2012 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 1

Normativa tecnica di riferimento NORME SUI CONNETTORI NORME SUI SISTEMI DI COMUNICAZIONE: tra veicolo e infrastruttura e tra infrastruttura e rete elettrica (Smart Grid) NORME SUI SISTEMI DI RICARICA 3 Normativa tecnica di riferimento Veicoli a propulsione elettrica ISO TS22/SC21 (TC69) Sistemi di Ricarica CEI EN 61851 Installazioni fisse CEI 64-8 Trasferimento dati JWG IEC/ISO V2G Batterie (celle) IEC SC21A Batterie assemblate ISO TC22/SC21 Connettori di interfaccia i IEC 62196 + CEI 69-6 4 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 2

CEI EN 61851-1: Sistemi di ricarica conduttiva dei veicoli elettrici La Norma CEI EN 61581-1 (CEI 69-7) definisce l installazione e le caratteristiche delle infrastrutture di ricarica per veicoli elettrici quali: o 4 modi di ricarica, o 3 tipi di connessione, o misure di sicurezza (contatti diretti/indiretti etc.), o interfaccia i tra veicolo e infrastruttura (es. presa a spina). 5 CEI EN 61851-1: Sistemi di ricarica conduttiva dei veicoli elettrici I veicoli elettrici stradali (EV) comprendono tutti i veicoli stradali, inclusi i veicoli stradali ibridi a spina (PHEV) che attingono tutta o parte della loro energia da batterie a bordo. 6 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 3

CEI EN 61851-1: Sistemi di ricarica conduttiva dei veicoli elettrici Definizioni EV veicolo elettrico veicolo stradale elettrico (ISO) veicololacuipropulsione è fornita da un motore elettrico che assorbe corrente da una batteria ricaricabile o da altri dispositivi portatili di accumulo di energia (ricaricabili, utilizzando l energia lenergia fornita da una sorgente esterna al veicolo, quale la rete elettrica domestica o pubblica), costruito principalmente per l impiego sulla pubblica via, su strade o autostrade 7 Modi di carica per i veicoli elettrici Presa fissa non dedicata Modo di carica 1 Connettori standard domestici o industriali Protezione differenziale e da sovracorrenti nell impianto a monte Nessun dispositivo di monitoraggio della ricarica 8 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 4

Modi di carica per i veicoli elettrici Presa fissa non dedicata, Modo di carica 2 Connettori standard domestici o industriali, Protezione da sovracorrenti nell impianto a monte, Protezione differenziale e dispositivo di monitoraggio della ricarica sul cavo 9 Modi di carica per i veicoli elettrici Modo di carica 3 Presa specifica dedicata (terminale di ricarica), Connettori dedicati, Protezione differenziale e da sovracorrenti nella stazione di ricarica, Dispositivo di monitoraggio sulla stazione di ricarica 10 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 5

Modi di carica per i veicoli elettrici Modo di carica 4 Carica batteria a terra, ricarica in corrente continua Presa specifica dedicata di (stazione di ricarica i stessa), Connettori dedicati, Protezione differenziale e da sovracorrenti nella stazione di ricarica, Dispositivo di monitoraggio sulla stazione di ricarica 11 Riassumendo: modi di carica per i veicoli elettrici 12 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 6

Tipi di connessione dei veicoli elettrici utilizzando cavi e spine Connessione di tipo A connessione di un EV alla rete di alimentazione in c.a. utilizzando un cavo di alimentazione e una spina permanentemente fissati all EV 13 Tipi di connessione dei veicoli elettrici utilizzando cavi e spine Connessione di tipo B connessione di un EV alla rete di alimentazione in c.a. utilizzando un cavo di alimentazione removibile provvisto di connettore mobile e un apparecchiatura di alimentazione in c.a. Il tipo B1 è un collegamento a una presa a muro, il tipo B2 a una stazione di carica specifica 14 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 7

Tipi di connessione dei veicoli elettrici utilizzando cavi e spine Connessione di tipo C connessione di un EV alla rete di alimentazione in c.a. utilizzando un cavo di alimentazione e un connettore mobile permanentemente fissati all apparecchiatura di alimentazione. Per la carica in modo 4 è consentita solo la connessione di tipo C 15 Funzioni fornite in ogni modo di carica per i modi 2, 3 e 4 Le funzioni seguenti sono previste dall EVSE (equipaggiamento di alimentazione dell EV) o dall EVSE e dall impianto del veicolo: - verifica che il veicolo sia correttamente connesso; - controllo continuo della continuità del conduttore di protezione; - alimentazione del sistema; - disalimentazione del sistema. 16 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 8

Dettagli delle funzioni per i modi 2, 3 e 4 Verifica che il veicolo sia correttamente connesso Permette di determinare che il connettore mobile sia correttamente t inseritoit in quello fisso e correttamente t collegato Il movimento del veicolo attraverso il proprio sistema di propulsione è impossibile finché il veicolo è fisicamente collegato 17 Dettagli delle funzioni per i modi 2, 3 e 4 Controllo continuo della continuità del conduttore di protezione La continuità ità del collegamento di terra tra l EVSE (equipaggiamento di alimentazione dell EV) e il veicolo è verificata continuamente Alimentazione del sistema L alimentazione del sistema non è consentita finché la funzione pilota tra l EVSE e l EV non sia correttamente stabilita 18 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 9

Dettagli delle funzioni per i modi 2, 3 e 4 Disalimentazione del sistema Se la funzione pilota si interrompe, la fornitura di energia al cavo di alimentazione si interrompe, ma il circuito di controllo può rimanere alimentato 19 Connettori per la ricarica Non esiste ad oggi un unico standard Le norme di rifermento sono in fase di modifica, con l obiettivo di arrivare ad un unico standard (auspicabile per lo meno in ambito Europeo) Purtroppo non è una novità si pensi alle prese e alle spine in ambito domestico e similare 20 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 10

Connettori per la ricarica in ca Lato veicolo 1. Tipo 1 2. Tipo 2 Lato infrastruttura 1. Cavo fisso 2. Tipo 2 3. Tipo 3 21 Connettori per la ricarica in ca Tipo 1 - Yazaki (SAE J1772, IEC 62196-2) Standard del nord America, utilizzato anche in Giappone, ricarica monofase c.a. (12A/16A - 120V 2 kw, 32A/80A - 240V - 7.5 kw, 80A negli Stati Uniti d America) Utilizzabile lato veicolo 22 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 11

Connettori per la ricarica in ca Tipo 2 - Mennekes (VDE-AR-E 2623-2-2, IEC 62196-2) Standard europeo (tedesco), ricarica monofase/trifase c.a.(16a - 230V - 3.5kW, 16A/32A/63A - 400V - 43kW) Utilizzabile lato veicolo e lato infrastruttura 23 Connettori per la ricarica in ca Tipo 3 - EV Plug Alliance (IEC 62196-2) Standard europeo (italiano, francese), ricarica monofase/trifase c.a. (16A/32A - 230V 3.5kW, 16A/32A - 400V - 22kW) Utilizzabile lato infrastruttura 24 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 12

Connettori per la ricarica in ca Connettore TIPO 1 16 32 63 A a.c. (YAZAKI) 400 V Cord set con TIPO 1 Cord set con TIPO 2 Connettore TIPO 2 (MENNEKES) 32 A a.c. 220 V CONNETTORI LATO VEICOLO CONNETTORI LATO INFRASTRUTTURA 25 Ricarica del veicolo in corrente continua 26 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 13

Ricarica del veicolo in corrente continua CHAdeMO (IEC 62196-3) Standard giapponese, infrastruttura trifase c.a. (500V 50 kw), per la ricarica in corrente continua del veicolo (125A) Utilizzabile lato veicolo Cavo fisso lato infrastruttura 27 Connettori per la ricarica in ca e in cc Universal EV Combined Charging System Per condividere le stazioni di ricarica utilizzando una presa unica, si stà creando uno standard di riferimento per Europa e Stati Uniti. L'accordo è stato siglato da 7 costruttori di veicoli 28 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 14

Connettori per la ricarica in ca e in cc Universal EV Combined Charging System Le quattro opzioni di carica sono: corrente alternata monofase, corrente alternata trifase, corrente continua a casa e corrente continua nelle stazioni di ricarica pubbliche. Il sistema è stato presentato all'electric Vehicle Symposium EVS26 di Los Angeles (maggio 2012) e le prime vetture dotate di questa tecnologia saranno disponibili sul mercato nel corso del 2013 29 Struttura del veicolo elettrico Un veicolo elettrico puro impiega esclusivamente il motore elettrico per la trazione utilizzando energia proveniente daunsistema it di batterie elettriche con notevoli vantaggi in affidabilità, sicurezza, silenziosità e pulizia. Batterie Sistema Gestione Batterie Inverter Motore elettrico TRAZIONE 30 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 15

Struttura del veicolo elettrico Il sistema per la gestione delle batterie si occupa di controllare le batterie durante le fasi di carica e scarica, inmodo daevitare un danneggiamento delle stesse. Quando il veicolo richiede potenza, il sistema gestisce la fase di scarica della batteria L inverter trasforma la corrente continua delle batterie in alternata per fornirla al motore Il motore elettrico è generalmente in presa diretta, evitando cosi sistemi di cambio e frizione 31 Batterie Le batterie sono, ad oggi, la parte più critica del veicolo elettrico, basti pensare ai costi, al peso, ai tempi di carica, all autonomia 32 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 16

Batterie La benzina ha una densità di energia pari a circa 45 MJ/kg (12.510 Wh/kg), le batterie invece.. Batterie NiMH Piombo Litio (nichel Litio ioni metallo ioduro) acido polimero Densità di energia 0,22-0,43 0,11-0,18 0,4-0,61 0,47-0,72 (MJ/kg) Densità di energia (Wh/kg) Peso equivalente (Kg/kWh) 60-120 30-50 110-170 130-200 8-16 20-33 6-9 5-8 In realtà i pesi reali delle batterie per auto elettriche sono superiori, esempio: Opel Ampera, batterie 16 kwh, peso ~ 200 kg, 200/16= 12.5 kg/kwh 33 Batterie Energia da carburanti tradizionali 1 kg benzina densità di energia 12.5 kwh Problema. il contenuto! Energia accumulata su batterie per EV 1 kg batterie Li Ion ~ 0.1-0.15 kwh Da migliorare. il contenitore! 34 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 17

Batterie L evoluzione dei veicoli elettrici è strettamente legata all evoluzione delle batterie (accumulatori di energia elettrica, ricaricabili) Le batterie al litio sono quelle che permettono di ottenere i migliori risultati grazie al basso peso atomico ed alla elevata capacità specifica di accumulare cariche elettriche 35 Batterie Vediamo alcuni dei parametri principali che descrivono potenzialità e funzionamento delle batterie elettriche Capacità (C) Si misura in Ampère-ora (Ah) e rappresenta la quantità di carica elettrica che può essere immagazzinata; la Capacità è data dal prodotto dell intensità della corrente erogata per il tempo necessario perché l accumulatore si scarichi fornendo continuativamente quella data corrente 36 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 18

Batterie Esempio: batteria da 1 Ah può erogare una corrente di 0,1 ampere per dieci ore prima di scaricarsi. In realtà la capacità reale è molto dipendente dal tasso di scarica, C decresce con l'aumentare della corrente richiesta. Per questo una batteria da 1 Ah solitamente non riesce a fornire 1 ampere per un'ora. Per ottenere l'energia in wattora è necessario moltiplicare li la capacità in Ah per la tensione nominale. 37 Energia accumulata nelle batterie e percorrenze dei veicoli Un veicolo elettrico necessita di circa 0,125 0,25 kwh per percorrere 1 km allora con 1 kwh un veicolo elettrico percorre circa 4-8 km 38 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 19

Consumi veicoli elettrici puri: Plug-in Electric Vehicles Batterie Consumo medio (1) Autonomia (media) Veicoli PEV segmenti A e B (peso < 1000 kg) Veicoli PEV segmenti C e D (1000 kg < peso <2000 kg) 16 kwh 125 Wh/km 130 km 30 kwh 180 Wh/km 170 km (1) Senza utilizzo condizionatore, tergicristalli, etc. altrimenti dividere per 0.8-0.9 39 Costruttori di veicoli elettrici e batterie Vediamo alcuni esempi di veicoli elettrici per capire i quantitativi di energia accumulabile nelle batterie 40 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 20

Costruttori di veicoli elettrici e batterie 41 Andamento del costo delle batterie Nel corso del 2012 il prezzo delle batterie per gli e- vehicles si attesta tra i 500 e 600 dollari/kwh. Nel 2020 i costi potrebbero scendere a 200 dollari, per arrivare a 160 dollari nel 2025 (studio di McKinsey & Co) Stima Andamento Costo Batterie 600 500 400 Costo 300 Batterie 200 $/kwh 100 0 2012 2020 2025 42 CONVEGNO "" DEL 13/09/2012 21

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