Uno dei principali svantaggi delle auto elettriche che negli indecisi ne scoraggia sicuramente l'acquisto è quello legato al tempo di ricarica, ovvero il tempo che l'auto impiega per fare il pieno al suo "serbatoio". In una società abituata a fare rifornimento alla propria auto in pochi minuti, il fatto di dover modificare le proprie abitudini per adattarle alle esigenze del proprio mezzo di trasporto, per alcuni non è accettabile. Ma come mai ci vuole così tanto tempo per ricaricare un'auto elettrica?
Potenza ed Energia
Partiamo subito con due grandezze che stanno alla base dell'elettrotecnica: per rispondere alla domanda dobbiamo necessariamente avere ben chiare le definizioni di potenza ed energia.
La potenza elettrica è definita come la quantità di lavoro elettrico assorbito o generato nell'unità di tempo da un dispositivo elettrico – in parole più comprensibili non è nient'altro che la quantità di energia elettrica che un apparecchio è in grado di generare o assorbire nell'unità di tempo. L'unità di misura della potenza è il joule per secondo [J/s], più comunemente noto come watt [W].
Dicendo la medesima cosa ma facendo il ragionamento inverso, l'energia elettrica generata o assorbita da un apparecchio elettrico non sarà nient'altro che il prodotto tra la potenza elettrica dell'apparecchio stesso per l'intervallo di tempo durante il quale l'apparecchio sta funzionando. L'unità di misura dell'energia è il joule [J] che in campo elettrico prende il nome di wattora [Wh] e i suoi relativi multipli. Se un watt corrisponde ad un joule al secondo e in un'ora ci sono 3600 secondi, in un'ora l'energia è pari a 3600 J, ovvero 1 Wh.
Energia [J] = Potenza [Joule/s] x Tempo [s]
Energia [kWh] = Potenza [kW] x Tempo [ore]
Tempi di ricarica delle auto elettriche
Innanzitutto, quanta energia è in grado di immagazzinare la batteria di un'auto elettrica? Dipende da quanta autonomia in termini di km deve avere l'automobile. Lo stato dell'arte odierno ci dice che per fare 100 km con un'auto elettrica ci vogliono in media qualcosa come 15/20 kWh di energia (considerando un ciclo misto reale). Stiamo larghi e consideriamo il valore di 20 kWh ogni 100 km. Se ipotizziamo che 500 km sia un valore di autonomia degno di un'automobile a motore termico, la capacità della batteria dovrà essere quindi di 100 kWh. Ma come variano i temi di ricarica tra casa nostra e una colonnina?
Carica domestica vs colonnina di ricarica
Ipotizziamo idealmente che la batteria sia in grado di ricevere in ricarica un valore di potenza costante P fino a quando non avrà accumulato tutta la sua energia (trascurando le perdite di energia). Se volessi caricare l'auto alla presa di casa, dedicando una frazione della potenza contrattuale della propria fornitura domestica per caricarla, per esempio 1 kW, impiegherei: 100 kWh / 1 kW = 100 ore, troppo!
Viceversa, se avessi a disposizione una colonnina di ricarica da 100 kW, la batteria la ricaricherei "soltanto" in un'ora! Il problema è che nessuno di noi possiede o può permettersi una fornitura in casa di potenza così rilevante: mediamente le forniture domestiche oggigiorno variano dai 3 ai 6 kW.
E se invece volessi caricare impiegare solo 10 minuti, un tempo più ragionevole, di quanti kW deve essere dimensionata la mia colonnina di ricarica?
Idealmente ci vorrebbe un caricatore da 600 kW di potenza che, se rapportati ad una fornitura domestica da 3 kW, equivarrebbero a 200 forniture! Inoltre la normativa tecnica dice che per forniture elettriche di potenza superiore a 100 kW il distributore locale è tenuto a consegnare l'energia elettrica all'utente finale in media tensione – quindi l'utente finale dovrebbe costruire una cabina dove installare un trasformatore per abbassare la tensione da media a bassa. Diciamo quindi che carica un'auto a casa propria in 10 minuti è praticamente impossibile!
Ecco che quindi che, come per i distributori di carburante, esistono oggi delle società che investono sulle infrastrutture di ricarica per mettere a disposizione del cittadino, sparse sul territorio, le colonnine di ricarica rapida o ultra rapida. Questi soggetti si chiamano CPO, charge point operator (operatore del punto di ricarica) i cui compiti sono quelli di installare, gestire e mantenere gli impianti di ricarica delle auto elettriche, come farebbe un tipico distributore di benzina.
Lo standard delle colonnine di ricarica
Oggi sul mercato esistono diverse modalità di ricarica che vengono classificate in base:
- alla potenza di ricarica e di conseguenza alla velocità della ricarica stessa;
- alla tipologia di presa o connettore di ricarica;
- alla ricarica in corrente alternata o continua;
- alla proprietà delle colonnine, se pubbliche o private.
Il funzionamento è regolato dalla normativa IEC 61851-1 (Sistema di ricarica conduttiva dei veicoli elettrici). La norma in questione, di carattere introduttivo generale, definisce anche le quattro modalità di ricarica dei veicoli elettrici.
Ricarica lenta
Prevede il collegamento diretto del mezzo alla rete elettrica senza specifici sistemi di sicurezza e controllo dedicati, collegando il veicolo a una normale presa di corrente in corrente alternata, con potenza fino a 7 kW e tensione di 230 V (monofase). È la tipica modalità di ricarica di monopattini e scooter elettrici e in Italia è consentita solo per la ricarica privata.
Ricarica lenta con unità di controllo
Presenta le caratteristiche della ricarica del precedente metodo, con l'impiego di un’unità di controllo (control box) che si interpone tra il veicolo e la rete elettrica, tipicamente installata direttamente sul cavo di ricarica. Anche questa modalità, in Italia è consentita solo per la ricarica privata.
Ricarica lenta o rapida
Prevede l'uso di colonnine fisse o wall box, in questo caso sia pubbliche che private in corrente alternata dotate di unità di controllo e sistemi di protezione direttamente installati a bordo della colonnina. Con questa modalità è possibile ricaricare lentamente (16 A) o più velocemente (63 A) trifase in base al dispositivo utilizzato. In questa modalità è possibile ricaricare fino a 22 kW di potenza.
Ricarica rapida o ultrarapida
È l’unica modalità che prevede l’utilizzo della corrente continua. Il caricabatterie è esterno rispetto all’auto elettrica e le colonnine sono tendenzialmente più voluminose per via del fatto che esse contengono oltre ai dispositivi di sicurezza e controllo anche il raddrizzatore che permette la conversione da corrente alternata a corrente continua. La maggior parte di queste colonnine ricarica ad una potenza di 150 kW; tuttavia esistono soluzioni in sviluppo con potenze fino a 350 kW. Questa modalità di ricarica, per via degli alti cosi di implementazione è tipicamente pubblica, gestita dai CPO definiti precedentemente.
;)
