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I costruttori di sistemi di ricarica per veicoli elettrici (EV) hanno due questioni da gestire: la prima è progettare sistemi di ricarica affidabili che possano funzionare per anni e anni, mentre la seconda è creare un’esperienza di ricarica positiva e senza soluzione di continuità per i consumatori.
Organizzazioni come la Charging Interface Initiative (CharIN), un’associazione industriale di aziende che conta oltre 330 membri, promuove standard di interoperabilità nel campo dei sistemi di ricarica per veicoli elettrici di ogni tipo in molti paesi diversi. Oltre allo sviluppo del Combined Charging System (CCS), che è stato adottato da produttori di caricabatterie per veicoli elettrici in molti paesi, la CharIN lavora costantemente sulla standardizzazione del North American Charging Standard (NACS) per le stazioni di ricarica rapida di Tesla negli USA.
All’inizio di quest’anno ho avuto modo di parlare con Erika Myers, Executive Director di CharIN North America, chiedendole la sua opinione sulla recente tendenza in merito all’adozione del NACS (North American Charging Standard) da parte di molte case automobilistiche. Secondo Myers, «CharIN prevede che lo standard CCS standard e NACS/SAE J3400 andranno a coesistere come opzioni per la ricarica di veicoli elettrici per un certo periodo di tempo. Dal nostro punto di vista, entrambi gli standard hanno il potenziale per offrire un’esperienza utente senza soluzione di continuità, necessaria per rispondere alle esigenze dei consumatori per l’affidabilità di ricarica. Al fine di ottenere un’interoperabilità stabile nel sistema di ricarica, sarà fondamentale collaborare a livello industriale per garantire un’ottima esperienza agli utenti, il tutto riducendo al tempo stesso la complessità del mercato, eliminando la confusione nei consumatori e accelerando l’adozione dei veicoli elettrici».
In qualità di membro di CharIN, TI continua a collaborare con i propri clienti al fine di semplificare la connettività per la ricarica dei veicoli elettrici e i loro bisogni di interoperabilità a mano a mano che gli standard si evolvono. Tuttavia, rimane il fatto che i clienti si trovano a dover soddisfare più standard e, inoltre, la creazione di un intero sistema può far tremare i polsi anche ai team di ingegneri più esperti. Diamo un’occhiata ad alcuni fattori che influiscono sulle decisioni di progettazione dei costruttori di sistemi di ricarica per veicoli elettrici.
Tipologia di connettore
Tipologie comuni di connettori per la ricarica di veicoli elettrici
Immaginiamo di guidare un veicolo elettrico e di non poterci collegare a certe stazioni di ricarica durante un lungo viaggio attraverso un paese. Se a questa situazione si aggiunge l’ansia dovuta all’autonomia del veicolo, che deriva dall’avere una batteria poco carica sul proprio veicolo elettrico, la ricerca di una stazione di ricarica compatibile prima di rimanere fermi a bordo strada può trasformare rapidamente lo stress in frustrazione. Infatti può capitare che la stazione di ricarica rapida in CC più vicina sul proprio percorso non sia compatibile con il proprio veicolo elettrico oppure che la postazione dotata del connettore giusto sia già occupata da qualcun altro.
Un metodo proposto per risolvere questa problematica è il connettore NACS, che utilizza lo stesso tipo di connettore per la ricarica in CA e in CC, con un fattore di forma più piccolo rispetto ad altri connettori standardizzati. Secondo Janek Metzner di Pionix, «I tasselli a favore dell’adozione del NACS stanno andando al loro posto più velocemente del previsto. Se SAE standardizzerà ufficialmente il connettore, la velocità di adozione risulterà ancora maggiore». Lo stack software della piattaforma open-source EVerest di Pionix, basato su Linux, è compatibile con il nostro processore AM625 e consente la comunicazione fra l’EVSE (electric vehicle supply equipment) e il veicolo stesso.
Anche se può sembrare che Meyers e Metzner abbiano opinioni differenti, in realtà sono coerenti fra loro. CharIN e Pionix si basano entrambe sulla premessa di migliorare l’interoperabilità nel corso della transizione globale verso i veicoli elettrici. In TI ci concentriamo sulla creazione di processori embedded e prodotti analogici in grado di aiutare i progettisti a creare le applicazioni che consentiranno la transizione verso fonti energetiche rinnovabili, verso una ricarica efficiente dei veicoli elettrici e per una rete più efficiente e intelligente. Il tipo di connettore è in gran parte irrilevante in quanto entrambe le parti, ossia la stazione di ricarica e il veicolo, sono fisicamente compatibili e comunicano allo stesso modo. La Tabella 1 in basso analizza le varie tipologie di connettore e le definizioni.
Tabella 1 Tipologia di connettore, acronimi e definizioni
| Tipologia di connettore | Definizione |
| SAE J1772 | Lo standard per connettore elettromeccanico dovuto alla Society for Automotive Engineers (SAE) per EVSE (electric vehicle service equipment) in CA, che si trova comunemente in Nordamerica. Noto anche come connettore Tipo 1. |
| Connettore Tipo 2 | L’equivalente europeo del Tipo 1. Noto anche come Mennekes o IEC 62196-2. |
| CCS1, CCS2 | Le estensioni di ricarica in CC dei connettori Tipo 1 e Tipo 2, con pin CC ± di maggiori dimensioni aggiunti al di sotto dei pin utilizzati per la comunicazione e la potenza in CA. |
| NACS | North American Charging Standard, o connettore «Tesla», un tipo di connettore in fase di definizione e standardizzazione come SAE J3400. |
Handshake analogico
Nel mondo dell’elettronica, un «handshake» descrive una procedura di accordo fra due circuiti integrati che devono collaborare all’interno di un sistema. Mentre l’handshake può aver luogo fra due circuiti integrati sullo stesso circuito stampato, è più facile capire di cosa si tratta quando è presente un cavo fra due sistemi. Fortunatamente, una stazione di ricarica per veicoli elettrici e un veicolo sono sempre collegati per mezzo di un cavo relativamente lungo, pertanto è possibile visualizzare i due sistemi che eseguono l’handshake nel momento in cui la spina del cavo viene inserita nella presa e si realizza un collegamento elettrico.
I concetti fondamentali per l’handshake coinvolti nella ricarica di veicoli elettrici sono la generazione di una tensione da un lato e la sua terminazione per mezzo di una resistenza sull’altro, in modo da ridurre la tensione a un livello specifico. Poiché tutti utilizzano la stessa tensione e gli stessi valori di resistenza predefiniti, questo handshake produce sempre gli stessi risultati, a meno che sia presente una condizione di guasto, e viene presa una decisione per proseguire con la ricarica di base oppure per passare a una negoziazione più approfondita, detta ricarica di alto livello.
Mentre la ricarica di base è più semplice dal punto di vista delle comunicazioni, i circuiti richiesti per aprire o chiudere i relè e rilevare le condizioni di guasto possono essere piuttosto complessi. Il progetto di riferimento per una piattaforma di ricarica in CA di livello 2 è un progetto utilizzabile per iniziare a implementare molti dei blocchi funzionali in un tipico sistema EVSE (EV Supply Equipment). Per molti caricabatterie di base può essere sufficiente utilizzare un piccolo microcontroller come l’MSPM0G3507. Tuttavia, nel momento in cui sia la stazione di ricarica sia il veicolo elettrico supportano la ricarica di alto livello, essi si accordano per passare alla comunicazione digitale e, quindi, si rende quasi sempre necessario un processore basato su Arm che esegue Linux embedded. La Tabella 2 mette in evidenza le varie opzioni di handshake analogico in un sistema di ricarica.
Tabella 2 Terminologia, acronimi e definizioni per l’handshake analogico
| Handshake analogico | Definizione |
| Proximity pilot (PP) | Il segnale utilizzato da un veicolo per stabilire quando è collegato a una stazione di ricarica (in Nordamerica). In Europa, questo segnale è utilizzato in alternativa dalla stazione di ricarica per determinare la capacità di corrente del cavo di ricarica. |
| Control pilot (CP) | Il segnale utilizzato da una stazione di ricarica per stabilire quando un veicolo è collegata ad essa. |
| IEC 61581 | La norma 61851 della Commissione Elettrotecnica Internazionale, ossia la norma associata più comunemente alla semplice ricarica in CA attraverso una wallbox, che ha luogo tipicamente presso l’abitazione del proprietario di un veicolo elettrico. Nota anche come ricarica di base. |
Comunicazione digitale: lingua e dialetti
Solo perché due persone parlano la stessa lingua non è detto che siano in grado di capire i rispettivi dialetti regionali, l’accento o il gergo. La norma ISO 15118 è la lingua comune dei veicoli elettrici e delle stazioni di ricarica, mentre marche specifiche tendono a usare un gergo che potrebbe essere facilmente frainteso nel caso in cui la stazione di ricarica non abbia dimestichezza con quella marca di veicoli elettrici.
L’adozione dei veicoli elettrici da parte dei consumatori presente fortemente dell’esperienza utente: una lingua comune per la comunicazione digitale nell’intera infrastruttura di ricarica per veicoli elettrici è quindi necessaria per aumentare la velocità di tale adozione. Oltre a collaborare con CharIN, lavoriamo anche con Pionix per offrire i suoi stack software open-source per la ricarica di veicoli elettrici ai clienti, con l’obiettivo di risolvere la sfida più complessa che il settore della ricarica di veicoli elettrici si trova oggi ad affrontare: offrire comunicazioni digitali pienamente testate e conformi agli standard, compatibile con quasi tutti i veicoli elettrici sul mercato. La Tabella 3 elenca le varie opzioni di comunicazione digitale collegate ai sistemi per la ricarica di veicoli elettrici.
Tabella 3 Terminologia, acronimi e definizioni per le comunicazioni digitali
| Comunicazione digitale | Definizione |
| ISO 15118 | La norma 15118 dell’Organizzazione Internazionale per la Normazione, un protocollo di comunicazione che permette l’uso di funzionalità avanzate in una sessione di ricarica, come la ricarica in CC, il plug&charge e la ricarica bidirezionale. Nota anche come ricarica di alto livello. |
| DIN SPEC 70121 | La norma 70121 del Deutsches Institut für Normung, il predecessore della norma ISO 15118, utilizzata talvolta in modo intercambiabile con ISO 15118. |
| PLC PHY | Livello fisico per controller a logica programmabile, un tipo specifico di circuito integrato utilizzato per la comunicazione fra veicoli elettrici e stazioni di ricarica, che deve essere presente su entrambe le parti per la ricarica di alto livello. Noto anche come HomePlug GreenPHY. |
La nostra piattaforma di sviluppo EVSE basata su AM625 è stata creata a scopo dimostrativo e per supportare tutte le comunicazioni digitali conformi alle normative e mostra la scalabilità della famiglia di processori AM625 per qualsiasi applicazione di ricarica di veicoli elettrici.
Piattaforma intelligente e connessa per lo sviluppo di stazioni di ricarica per veicoli elettrici basata su AM625 con IUM
Un’esperienza di ricarica senza soluzione di continuità
È possibile risolvere le problematiche poste dalla compatibilità fisica dei collettori offrendo adattatori e installando stazioni dotate di diverse tipologie di connettore, sebbene un connettore comune potrebbe semplificare l’esperienza di ricarica dei veicoli elettrici. L’handshake analogico è fondamentale, ma è anche semplice in ogni senso. La creazione di un’infrastruttura di ricarica standardizzata, facile da usare, richiederà che ogni stazione di ricarica parli la stessa lingua e lo stesso dialetto di qualsiasi veicolo elettrico connesso ad essa. Il nostro obiettivo in quanto produttori di semiconduttori è lo stesso dei nostri clienti fabbricanti di soluzioni per la ricarica di veicoli elettrici in tutto il mondo: continuare a progettare e sviluppare tecnologie che risolvano queste problematiche di interoperabilità e che in definitiva offrano un’esperienza di ricarica senza soluzione di continuità per tutti i conducenti di veicoli elettrici.
Risorse supplementari:
Ulteriori informazioni sulle soluzioni di ricarica per veicoli elettrici di TI: ti.com/evcharging
