Quello della mobilità elettrica è uno dei settori ai quali il mercato dei semiconduttori e dei componenti elettronici in generale fanno oggi maggiormente riferimento.
La tecnologia è in continua evoluzione e la tendenza non può che essere la ricerca di soluzioni sempre più efficienti, sia dal punto di vista dei veicoli sia delle infrastrutture di ricarica.
Tuttavia lo sviluppo tecnologico è legato a doppio filo all’evoluzione della componentistica elettronica disponibile sul mercato – semiconduttori, passivi ed elettromeccanici – ovvero il cuore pulsante sia dell’elettronica di bordo sia degli EV Charger (colonnine di ricarica e wallbox).
Ma come stanno affrontando questa rapida fase evolutiva i produttori di componenti elettronici? Lo abbiamo chiesto ad Andrea Roncada, sales manager di Hongfa Italy.
Hongfa, come leader mondiale nel mercato dei relay, è direttamente coinvolta nei principali progetti di sviluppo dei veicoli elettrici da parte delle principali case automobilistiche mondiali e concorre alla definizione delle prestazioni richieste ai componenti di prossima generazione.
Che evoluzioni sta vivendo il settore e-mobility e come coinvolgono il comparto delle infrastrutture per la ricarica degli EV?
La coscienza ecologica, la preoccupazione nei confronti delle scorte energetiche, della loro sostenibilità e compatibilità ambientale e sociale, sono temi che stanno diventando sempre più centrali. Recentemente tutte le principali case automobilistiche hanno intrapreso un progetto di rivoluzione che riguarda tutti gli aspetti della mobilità, puntando in massa, dopo alcuni anni di incertezza sulle scelte tecnologiche, sulla mobilità elettrica basata sulla batteria come sorgente di energia mobile.
Questo pone diversi ostacoli tecnologici di fronte ai tecnici, agli enti normatori e ai governi, che devono pianificare una ristrutturazione della rete energetica per poter far fronte alle prossime necessità energivore di milioni di veicoli elettrici.
Quali sono le principali criticità della progettazione e della realizzazione di colonnine e wallbox? E come le affronta Hongfa?
Negli ultimi anni, gli enti normatori hanno stabilito i nuovi standard necessari per definire le caratteristiche dei prodotti e delle applicazioni, nel rispetto della sicurezza e con l’obiettivo di raggiungere prestazioni elevate.
Le modalità di ricarica sono state normalizzate dallo standard IEC61851 in quattro categorie, sulla base di prestazioni molto diverse fra loro in termini di capacità di erogazione dell’energia, comunicazione fra rete elettrica e veicolo e protezione.
Le caratteristiche dei sistemi di Modo 2, per la ricarica attraverso una normale presa di corrente, sono definite dallo standard IEC62752 e richiedono componenti di commutazione tanto compatti da poter essere inseriti nei sistemi IC-CPD (In Cable Control and Protection Device) o wallbox e garantire ottime prestazioni in termini di isolamento elettrico e resistenza a correnti di corto circuito di 1,5KA. Contemporaneamente il sistema di ricarica deve poter misurare la quantità di energia erogata, per gestire il fabbisogno di energia totale dell’abitazione, entro i limiti imposti dal contratto, e garantire l’adeguata protezione in caso di eventuale dispersione di corrente continua.
I sistemi di Modo 3, sempre connessi alla rete energetica, possono raggiungere prestazioni superiori, fornendo fino a 7,4KW in configurazione monofase e 22KW in trifase. Sono normati dallo standard IEC62955, che richiede caratteristiche di commutazione, resistenza e protezioni adeguate.
I sistemi di Modo 4, o Fast Chargers, sono un mondo a parte: consentono di ricaricare le vetture elettriche in tempi paragonabili al classico rifornimento di carburante erogando corrente continua per valori di centinaia di Ampere.
Hongfa Group, leader mondiale nel mercato dei relay elettromeccanici, ha sviluppato una serie completa di componenti specifici in grado di incontrare le diverse necessità di questi apparati.
I relay Hongfa sono realizzati per rispondere a quelle esigenze di miniaturizzazione e compattezza, essenziali per poter essere utilizzati in questi dispositivi di ricarica, garantendo le alte capacità di commutazione, vita elettrica, resistenza a correnti di cortocircuito e isolamento richiesti dalle normative specifiche.
La riduzione degli ingombri, così come il risparmio energetico, ottenuto attraverso la riduzione della tensione di bobina necessaria a mantenere attivo il componente, e la bassa dispersione termica, garantita da valori di resistenza di contatto inferiori a 5mOhm, consentono di realizzare applicazioni compatte e prive di ventilazione forzata.
Componenti specifici per chargers di Modo 2 e Modo 3 rispondono alle specifiche esigenze in termini di sicurezza per l’apparecchiatura e per l’utente. L’isolamento è garantito da una rigidità dielettrica elevata (fino 5KVac per 1 minuto) e distanza di contatto allineati o superiori alle richieste delle normative stesse, dai 2mm fino a 4mm.
Le prestazioni dei relay Hongfa sono certificate secondo le normative di riferimento quali la IEC 61851-1 e la IEC 62752 che richiedono una vita elettrica di 50K cicli secondo il massimo carico in categoria CC2 alla temperatura di 85°C, ma anche una resistenza al cortocircuito di 1,5kA per i caricatori di Modo 2 e 3kA, richiesti dalla IEC62955, per quelli di Modo 3.
Inoltre, i modelli principali, possono essere dotati di contatto ausiliario a guida forzata, in accordo con gli standard IEC61810-3/IEC60947-4-1, che consente di fornire all’elettronica di controllo un’informazione coerente sullo stato del contatto principale di potenza.
Con la sua serie di HVDC (High Voltage Direct Current Contactors), Hongfa è in grado di fornire componenti di commutazione anche per le colonnine di Modo 4, che richiedono prestazioni completamente differenti, quali tenuta e commutazione di valori di corrente fino a 500A e tensioni fino a 1000Vdc.
Hongfa, con i suoi relay, è in grado di fornire i migliori componenti necessari a coprire le esigenze di controllo, commutazione e sicurezza e, nell’ottica di fornire una soluzione completa, la gamma di prodotti si estende anche ai sensori di corrente, Current Transformers, volti alla misura della corrente erogata, al bilanciamento energetico richiesto dall’applicazione e allo sviluppo della nuova generazione di moduli per il controllo delle perdite di corrente continua (RDC-M).
Quali sono i componenti chiave su cui occorre prestare particolare attenzione? Quali sono, in questo senso, i punti di forza di Hongfa?
La grande esperienza, la capacità di innovazione dei propri prodotti e la ricerca continua del massimo livello di qualità da parte di Hongfa nel mondo della commutazione elettromeccanica hanno consentito di sviluppare una gamma completa di alcuni dei componenti chiave per il mondo dei chargers.
Una gamma di relay con prestazioni specifiche di cui possiamo presentare soltanto alcuni dei modelli più richiesti dai progettisti di queste apparecchiature per poter realizzare i propri dispositivi garantendo le prestazioni e la sicurezza che la gestione di grandi quantità di energia richiede.
Chargers di Modo 2:
Basic application requirements for relays:
- High switching capacity and compact size
- Extremely low power dissipation at contacts
- Low coil holding voltage for energy saving and reduce heating generation
- Force guided auxiliary contact acc. to IEC61810-3/IEC60947-4-1, to detect main contacts welding
- High short circuit capability: IEC62752 & IEC62955
- Comply to IEC61851-1 and IEC62752 requirements 50Kcycles / CC2 contact category at 85°C
- Economic solution compare to LVDs
HONGFA HF170F
- Contacts: 2x40A NO main + 1NC aux, 85°C
- Main and aux are mechanically linked, comply with IEC61810-3 and IEC60947-4-1
- Main contacts welding detection
- Compact size: 30x36x40mm
- High switching capacity: 35A 30k ops/40A 10k ops
- Big contact gap: 3.6mm
- High dielectric strength: 5000Vac 1min
- High short circuit capability: IEC62752 1500A
- Low holding power: 0.17W 23°C
- Low contact resistance: typical <5mOhm 40A
- Comply with IEC 61851-1 and IEC 62752: 50k cycles / CC2 contact category
- Ideal for IP-CPD and wall box type single phase charger, max power 9Kw
Chargers di Modo 3:
HONGFA HF189F
- Contacts: 1x48A NO main + 1NC aux, 85°C
- Main and aux are mechanically linked, comply with IEC61810-3 and IEC60947-4-1
- Main contacts welding detection
- Compact size: 35x25x28mm
- High switching capacity: 50k ops
- Big contact gap: >2mm
- High dielectric strength: 4000Vac 1min
- High short circuit capability: IEC62955 3000A
- Low holding power: <0.5W 23°C
- Low contact resistance: <5mOhm 48A
- Comply with IEC 61851-1 and IEC 62752: 50k cycles / CC2 contact category
- Ideal for IP-CPD and single phase charger, max power 11kW
- Ideal for switching matrix of 3 phase charger, max power 33kW
HONGFA HF187F
- Contacts: 4x40A NO main + 1NC aux, 85°C
- Main and aux are mechanically linked, comply with IEC61810-3 and IEC60947-4-1
- Main contacts welding detection
- Compact size: 59x35x47mm
- High switching capacity: 50k ops
- Big contact gap: >3.6mm
- High dielectric strength: 5000Vac 1min
- High short circuit capability: IEC62955 3000A
- Low holding power: <0.6W 23°C
- Low contact resistance: <5mOhm 48A
- Comply with IEC 61851-1 and IEC 62752: 50k cycles / CC2 contact category
- Ideal for 3 phase charger, max power 27kW
Chargers di Modo 4:
HONGFA HVDC Relay Line
- More than 10 years history since 2006
- Current range from 10A to 1000A and Voltage range from 12VDC up to 1000VDC
- Square and round structure
- Ceramic Chamber to provide the best in class insulation and structural strength in case of short circuit
- Aux contact available
- Bi-directional capability
- Short Circuit Capability over 10KA
- UL approved parts for chargers
Componenti per la misura della corrente e protezione dalle correnti di dispersione
La misura della corrente erogata è di fondamentale importanza nei dispositivi di Modo 2 e Modo 3 per poter gestire l’erogazione della potenza bilanciandola in funzione delle esigenze energetiche dell’abitazione rispettando i limiti dovuti al contratto stipulato con il gestore della rete.
HONGFA CT
A questi dispositivi si affianca lo sviluppo dei nuovi moduli per l’identificazione della corrente continua dispersa (RDC-M) che, secondo le normative di riferimento IEC 62752 per il Modo 2 e IEC 62955 per il Modo 3, devono poter garantire l’interruzione del sistema dalla rete elettrica in sicurezza.
Come prevedete che cambierà il mercato nei prossimi anni? E quali sono le soluzioni su cui state puntando per soddisfare le esigenze per il prossimo futuro?
La capacità della rete a sostenere la domanda energetica, considerando picchi locali e temporali in funzione delle abitudini degli automobilisti, sarà uno dei temi che guideranno l’evoluzione dell’infrastruttura e dei sistemi di ricarica stessi.
La prima generazione di Chargers Modo 3 e Modo 4 è stata realizzata per una ricarica unidirezionale, da rete a veicolo, mentre già si stanno definendo gli standard e le norme per realizzare una rete bidirezionale V2G in grado di sostenere picchi di domanda attraverso il prelievo di una parte dell’energia da auto cariche connesse ai chargers.
Queste caratteristiche di bidirezionalità dei sistemi si estendono ai componenti stessi che potrebbero doversi evolvere per garantire prestazioni aggiuntive.
Parallelamente, l’incremento delle prestazioni delle batterie in termini di capacità energetica e di resistenza allo stress da ricarica ad altissimi valori di corrente, richiederanno un adeguamento delle prestazioni dei componenti di commutazione e l’integrazione negli stessi di sistemi di monitoraggio delle prestazioni, in modo da intercettare eventuali anomalie e poter intervenire preventivamente per salvaguardare le caratteristiche funzionali dei componenti stessi, allungandone la vita elettrica.
