Colonnine di ricarica: che tipologie esistono e come funzionano

Le colonnine di ricarica elettrica operano principalmente attraverso due variabili chiave: la tipologia di corrente e la potenza erogata. Questi elementi determinano la velocità di ricarica che può essere lenta, veloce, rapida o ultrarapida.

La tipologia di corrente influisce sulla potenza che il dispositivo di ricarica può mettere a disposizione e di conseguenza sulla velocità con cui il veicolo può essere ricaricato. La scelta tra corrente alternata e corrente continua dipende dalle esigenze del conducente, dalle specifiche tecniche del veicolo e dalla disponibilità delle infrastrutture di ricarica.

• Corrente alternata (AC): è la corrente fornita dalla rete elettrica nazionale. Per ricaricare le batterie dell’auto con un dispositivo AC, l’energia deve essere convertita da corrente alternata a corrente continua per poter essere immagazzinata nelle batterie dell’auto. La conversione da AC a DC avviene a bordo dell’auto grazie ad un caricabatterie interno, chiamato anche convertitore. La velocità di ricarica con corrente alternata può variare a seconda della potenza del dispositivo di ricarica e dell’efficienza del convertitore a bordo dell’auto. I dispositivi AC offrono solitamente opzioni di ricarica lenta o veloce.
• Corrente continua (DC): è già pronta per essere utilizzata dalle batterie dell’auto e non richiede la conversione da parte del convertitore poiché la conversione dalla corrente AC (prelevata dalla rete elettrica nazionale) viene effettuata dal dispositivo di ricarica. Questo garantisce una potenza di ricarica maggiore rispetto ai dispositivi AC e di conseguenza una velocità di ricarica più elevata. I dispositivi DC sono classificati in base alla loro potenza e velocità di ricarica, spesso sono chiamati veloce, ultraveloce o iper-veloce.

Esistono diversi tipi di connettori (o spine) per collegare l’auto all’infrastruttura di ricarica. Bisogna sempre assicurarsi che la propria auto supporti il tipo di connettore presente nella stazione di ricarica (nel caso in cui la spina sia integrata nella stazione) e/o di avere un cavo compatibile con la presa della stazione di ricarica (nel caso debba essere utilizzato un cavo di nostra proprietà perché non integrato nella stazione) per essere in grado di ricaricare. Di seguito i tipi di connettori che è possibile trovare, quelli di gran lunga più utilizzati sono il Tipo 2 per le ricariche in AC ed il CCS2 per le ricariche DC.

Connettori per la corrente alternata (AC):

• Tipo 1: spina monofase standard per i veicoli costruiti in Asia e Stati Uniti, può erogare tra 3 e 7,4 kW.
• Tipo 2: spina mono/trifase, consente una ricarica tra 3 e 43 kW. È quella di gran lunga più utilizzata per la ricarica AC in Europa.

Connettori per la corrente continua (DC):

• CHAdeMO: spina a ricarica rapida sviluppata in Giappone, viene adottata prevalentemente dalle case automobilistiche asiatiche. Supporta una potenza di ricarica fino a 100 kW.
• CCS2 (Combines Charging System Combo 2): è una versione “modificata” della spina di Tipo 2 ed è quella più largamente utilizzata nei punti di ricarica in Europa per la ricarica DC, supporta una potenza fino a 350 kW.

Ogni veicolo elettrico o plug-in hybrid richiede una connessione specifica, pertanto, è fondamentale sapere dove ricaricarlo e come farlo nel modo più efficiente. Dopo aver visto le tipologie di corrente e dei principali connettori, vediamo in cosa si differenziano le colonnine di ricarica più diffuse.

• Slow (lenta): dispositivi per ricariche fino a 7,4 kW, adatte all’uso domestico.
• Quick (rapida): dispositivi per ricariche fino a 22 kW in corrente alternata (AC), soddisfano le esigenze domestiche che richiedono maggiore rapidità di ricarica e costituiscono la quasi totalità dell’infrastruttura di ricarica pubblica in AC.
• Fast (veloce): dispositivi per ricariche fino a 50 kW in corrente continua (DC) e 43 kW in corrente alternata (AC).
• Ultra-Fast (ultraveloce): dispositivi per ricariche oltre i 50kW in corrente continua (DC).
• Hyper-Charger: dispositivi per ricariche oltre 200 kW in corrente continua (DC).

Per rispondere alle richieste di potenza sempre più elevate delle colonnine ultra-fast senza dover necessariamente potenziare l’allaccio alla rete elettrica, si stanno diffondendo soluzioni di ricarica assistite da sistemi di accumulo di energia (BESS, Battery Energy Storage System): batterie stazionarie che immagazzinano energia e la rilasciano nei momenti di picco, integrando le stazioni di ricarica più performanti. Ecco i principali vantaggi di questa soluzione:

Apertura di stazioni in aree a bassa potenza di rete: il BESS permette di superare i limiti infrastrutturali nei punti in cui l’allaccio disponibile è ridotto, alleggerendo al contempo il carico sulla rete elettrica nazionale.

Accumulo di energia fotovoltaica: l’energia pulita prodotta da eventuali impianti solari on-site viene immagazzinata e utilizzata per la ricarica dei veicoli, per un uso più efficiente dell’energia rinnovabile.

Booster di potenza nei picchi di ricarica: il sistema di accumulo integra la potenza disponibile nei momenti di maggiore richiesta, utile soprattutto quando il distributore locale (DSO) non può garantire potenza aggiuntiva.

Potenziamento delle stazioni esistenti: consente di aumentare nel tempo la potenza e la capacità delle colonnine già installate, rendendo più semplice adattarsi alla crescita del parco veicoli elettrici.

Per ottenere un’efficace ricarica dei veicoli elettrici, è essenziale comprendere le diverse modalità di ricarica disponibili, ciascuna influenzata dalla tipologia di corrente e di connessione. Attualmente i modi di ricarica dei veicoli elettrici sono 4 e sono stati definiti dalla Commissione Elettrotecnica Internazionale.

Modo 1 (AC)

Si collega il veicolo alla rete elettrica mediante una normale presa di corrente. Questa modalità è ampiamente utilizzata in ambito domestico e non dispone di sistemi di controllo e sicurezza avanzati.

La ricarica avviene utilizzando l’energia fornita dal proprio contatore ed è ideale per biciclette e scooter elettrici, mentre ne è sconsigliato l’utilizzo per le automobili.

Modo 2 (AC)

La ricarica Modo 2 richiede il collegamento del veicolo a prese di corrente 230/400 V fino a 32 A, domestiche (Schuko) o industriali, tramite un cavo di alimentazione che integra un apparecchio denominato In-Cable Control and Protection Device che controlla il processo di ricarica. Si tratta in sostanza di una stazione di ricarica in corrente alternata portatile a spina che si usa quando non è disponibile una stazione di ricarica fissa. La potenza massima su alcuni veicoli arriva sino a 22 kW quando si usa un apparecchio dotato di spina industriale, a circa 3 kW quando si usa un apparecchio con spina domestica (Schuko). Il veicolo non distingue se la tipologia di ricarica è la 2 o la 3.

Modo 3 (AC)

La ricarica Modo 3 presuppone il collegamento del veicolo a prese di corrente o connettori in corrente alternata 230/400 V specifici per la ricarica dei veicoli elettrici, dotati di opportuni contatti di controllo, installati in modo fisso. Si tratta in sostanza delle stazioni di ricarica fisse in corrente alternata, colonnine o Wall Box, che incorporano le funzioni pilota di controllo e protezione. La potenza massima dipende dal veicolo e può raggiungere su alcuni modelli anche 43 kW (le taglie comuni sono 7,5 kW – 11 kW – 22 kW). Le prese e i connettori adottati per il modo 3 in Europa e in altri paesi, sono quelli di Tipo 2, secondo la norma EN 62196-2 (esistono anche altri tipi di connettori definiti nella norma EN 62196-2).

Modo 4 (DC)

La ricarica Modo 4 consiste nel collegamento del veicolo a connettori in corrente continua specifici per la ricarica dei veicoli elettrici. Si tratta delle stazioni di ricarica in corrente continua che incorporano, oltre alle funzioni pilota di controllo e di protezione, il caricabatteria che trasforma la corrente da alternata (fornita dall’infrastruttura elettrica) a continua (necessaria per ricaricare le batterie), caricabatteria che nel modo 3 è a bordo del veicolo (convertitore). Il modo 4 è destinato soprattutto alla ricarica veloce oltre 22 kW e la potenza massima attualmente raggiunge, su alcuni veicoli, i 350 kW. Lo standard adottato in Europa è il CCS Combo 2 (secondo la norma EN 62196-3) ma è ancora presente anche lo standard CHAdeMO di origine giapponese.