L’ecosistema di colonnine di ricarica per auto elettriche

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Intervista all’ing. Franco Cappellari di Ala Engineering

di Cristina Paveri

Abbiamo intervistato l’Ing. Franco Cappellari di Ala Engineering, azienda specializzata in elettronica personalizzata e custom, attiva anche nel settore della mobilità elettrica con la progettazione e produzione di alimentatori e caricabatterie ottimizzati per la trazione elettrica.

D: Quali sono le maggiori criticità nel settore della mobilità elettrica?
R: Secondo un’indagine di Altman Vilandrie & Company sulle motivazioni per NON comprare un’auto elettrica, al primo posto c’è la scarsa presenza sul territorio delle colonnine di ricarica, al secondo il costo delle batterie e al terzo la velocità di ricarica e l’autonomia. Le criticità dell’auto elettrica stanno quindi tutte nel sistema di storage dell’energia (batterie) e nella sua ricarica (velocità e distribuzione sul territorio dell’infrastruttura), ed è qui che bisogna innovare.

D: Quali sono le soluzioni proposte da Ala Engineering e quali requisiti devono soddisfare?
R: Ala Engineering, in partnership con una azienda del settore, ha sviluppato una soluzione ottimizzata di ricarica veloce per auto elettriche, occupandosi in particolare dello stadio di potenza.
L’applicazione, in rack da 19”, è un modulo alimentatore caricabatterie da 25 kW per batterie al Litio per stazioni di ricarica veloce, compatibile con gli standard di ricarica più usati nell’automotive (CHAdeMO e CCS).
L’alimentatore è in grado di caricare batterie al Litio in un ampio range di tensione compreso tra 100 V e 600 V, con una corrente fino a 50 A in funzionamento continuo. Oltre alla compatibilità con i diversi sistemi di ricarica l’applicazione offre sicurezza, alta affidabilità e flessibilità di utilizzo.
Il caricabatterie, alimentato da rete trifase, ha architettura e controllo sofisticati (ZVS: Zero Voltage Switching) per poter raggiungere prestazioni elevate di efficienza, compattezza e riduzione delle emissioni elettromagnetiche.

Schema a blocchi dell'applicazione

D: Come avviene la scelta della componentistica?
R: La componentistica è stata scelta pensando prima di tutto alle elevate prestazioni richieste e alla delicatezza dell’applicazione, per cui abbiamo dato la preferenza a produttori con elevata tecnologia e assoluta affidabilità: Mitsubishi per i moduli IGBT, Semikron e Ixys per i tiristori e i diodi di uscita, LEM e Sirio per i sensori di corrente e Wurth per il filtro EMC.

D: Quali vantaggi porta al cliente la soluzione sviluppata?
R: Innanzitutto l’elevata efficienza, che significa ridurre le perdite e quindi, coerentemente con lo spirito della mobilità elettrica, migliorare le caratteristiche green del caricabatterie e ridurre il costo della bolletta elettrica; consente inoltre di ridurre l’impatto del sistema necessario per il raffreddamento del caricabatterie. Grazie al sistema soft-switching del controllo ZVS si riducono le sollecitazioni sui moduli IGBT, con conseguente aumento dell’affidabilità. Inoltre, si diminuiscono i disturbi emessi, sia condotti che irradiati.
Molto importante è l’interfacciamento con l’auto durante la ricarica, dato che il caricabatterie deve eseguire una serie complessa di operazioni sincronizzate con le richieste del sistema di batterie interne all’auto e fornire il corretto valore di corrente con i corretti profili di carica variabili nel tempo. Inoltre, ciascun modulo caricabatterie comunica continuamente con il sistema, fornendo informazioni sul suo stato e funzionamento; queste informazioni sono remotabili (IoT ready).

D: Oltre alle prestazioni tecniche, ci sono altri vantaggi?
R: Per aggiungere ulteriori benefici, alcuni di questi piuttosto innovativi, gli ingegneri di Ala Engineering hanno lavorato soprattutto sull’architettura. La struttura del caricabatterie è modulare: durante la costruzione della stazione di ricarica si possono assemblare moduli a piacere fino raggiungere la potenza richiesta dalla specifica, semplificando produzione e logistica. È anche scalabile, cioè si può aumentare la potenza della colonnina anche in un secondo momento, a seconda del bisogno, con il semplice plug-in di un nuovo modulo in parallelo agli altri già installati.
Inoltre, è progettato per la gestione della ridondanza: in caso di guasto su di un caricabatterie della colonnina, solo il modulo guasto si disconnette, senza propagazione del guasto agli altri caricabatterie in parallelo, che possono quindi continuare a caricare l’auto. Questa innovazione è molto importante per evitare interruzioni del servizio di ricarica delle auto e offre un grande vantaggio rispetto ai caricabatterie monolitici (formati da un solo grande caricabatterie) dove questo non è ovviamente fattibile e quindi in caso di guasto si ferma la ricarica.
Un altro grande vantaggio è la procedura di riparazione sul campo: basta sostituire il modulo guasto con uno nuovo, che andrà direttamente in parallelo agli altri: operazione facile, veloce e senza rischi grazie al fatto che si maneggiano delle “scatole chiuse” connesse mediante connettori. Questo permette di evitare le lunghe e difficili analisi del guasto e le complesse procedure di sostituzione delle varie schede e componenti che altrimenti bisogna fare direttamente in sito.

D: Quindi non si tratta solo di caricare velocemente una batteria. Quali sono gli sviluppi applicativi futuri?
R: Esatto: l’innovazione va nella direzione di creare un’infrastruttura di ricarica formata da un ecosistema di colonnine che dialogano tra loro in auto-learning per gestire i picchi di potenza, affidabili, flessibili, compatibili con i vari standard di ricarica e in più fault-tolerant e di facile e veloce manutenzione.

Ala Engineering terrà un intervento al Power Forum il 28/6 alle 10:00 dal titolo “L’auto elettrica, tutto sta nella ricarica!“ Relatori gli Ingegneri Franco Cappellari e Francesco Pasa, con questo contenuto: “Dopo una rapida introduzione sull’anatomia di un’auto elettrica e su quanto strategiche siano l’infrastruttura e la modalità di ricarica, verrà analizzato un esempio applicativo di un concreto sistema di ricarica con una analisi dell’architettura, delle caratteristiche e dei risultati ottenibili.”

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