Diagnosticare l’infrastruttura di ricarica ed eseguire le misurazioni e i test funzionali prescritti.

Ricarica veloce per veicoli elettrici

La guida elettrica senza limitazioni è l’obiettivo da raggiungere quando si acquista un veicolo elettrico. Mobilità e flessibilità garantite dalla ricarica rapida in corrente continua e dalla non dipendenza dal sistema di ricarica e dai punti di ricarica.

Ma cosa significa ricarica rapida e quanto è sicura per l’utente?

La ricarica con corrente continua (DC) richiede sempre un collegamento tra il veicolo elettrico e il punto di ricarica tramite un cavo di ricarica collegato in modo permanente. La ricarica via cavo dei veicoli elettrici (EV), detta anche ricarica conduttiva, può avvenire in diverse modalità di ricarica, definite nella norma di sistema DIN EN 61851-1 (VDE 0122-1). La modalità di ricarica 4 è definita per la ricarica in corrente continua (DC) presso stazioni di ricarica permanenti. Questa speciale infrastruttura di ricarica in corrente continua offre un elevato livello di sicurezza elettrica e di protezione dell’installazione contro i sovraccarichi, ad esempio la protezione antincendio. Un’ulteriore protezione contro il contatto e la manipolazione è garantita dall’interblocco del collegamento della spina di ricarica durante il processo di ricarica. La comunicazione e il controllo della ricarica avvengono tramite una speciale interfaccia di comunicazione. L’interfaccia tra il veicolo e il punto di ricarica è un criterio decisivo per un uso sicuro e conveniente dell’infrastruttura di ricarica.

Diversi standard per la ricarica rapida

Ad oggi, sul mercato sono presenti molte varianti di spine di ricarica e accoppiamenti diversi e reciprocamente incompatibili. In tutto il mondo si sono affermati cinque standard per la ricarica rapida.

• CCS (Combo 2) – Sistema di ricarica combinato preferibilmente in Europa e negli USA
• CCS (Combo 1) – Sistema di ricarica combinato monofase preferibilmente negli USA
• CHAdeMO – Standard “CHArge DE MOve” preferito in Giappone
  Supercharger Tesla
• Standard GB/T preferibilmente in Cina

In Germania esistono principalmente 3 sistemi di ricarica rapida DC. CCS (Combo 2), CHAdeMo e Supercharger Tesla.

CCS (Combo 2)

Il Combined Charging System (CCS) è un sistema di ricarica aperto e universale per i veicoli elettrici basato sugli standard internazionali IEC 61851-1, IEC 61851-23, Allegato CC e IEC 61851-24 per le apparecchiature di ricarica.

Gli standard per i connettori di ricarica sono definiti secondo la norma IEC 62196 (solo per le configurazioni EE e -EF). Il connettore CCS lato veicolo combina la ricarica trifase in corrente alternata con la possibilità di ricarica rapida in corrente continua.

Come sistema, il CCS comprende i connettori, le funzioni di controllo e la comunicazione tra EV e infrastruttura.

La comunicazione estesa fornita per la ricarica in c.c. con CCS si basa su DIN SPEC 70121 o ISO 15118. Sul lato del veicolo, la sicurezza elettrica è specificata da ISO 17409.

CHAdeMO

CHAdeMO è un sistema plug-in sviluppato in Giappone per la ricarica di auto elettriche e ibride plug-in. “CHAdeMO” è l’abbreviazione di “CHArge de MOve”, equivalente a “Charge for Motion”, ed è un gioco di parole con “O cha demo ikaga desuka.” in giapponese, che significa “Prendiamo una tazza di tè durante la ricarica”.

La spina CHAdeMO si è affermata come il primo standard per la ricarica dei veicoli elettrici con corrente continua (DC). Le marche di auto che hanno la spina a bordo come standard sono Toyota, Kia, Mitsubishi e Nissan. Tesla offre un adattatore per il collegamento a una stazione di ricarica CHAdeMO per diversi modelli.

Test e misurazioni funzionali dei sistemi di ricarica

Il dispositivo di ricarica è un sistema elettrico fisso che può essere utilizzato da non addetti ai lavori e deve essere testato in conformità agli standard in luoghi accessibili al pubblico e utilizzati a livello commerciale. (Test iniziale) Il test di funzionalità e sicurezza elettrica viene eseguito da un elettricista qualificato. La persona da sottoporre al test deve avere una conoscenza di base della valutazione dei valori misurati e dei test dei sistemi di ricarica rapida a corrente continua.

I contenuti dei test e gli intervalli di prova derivano dalle norme, tra cui DIN EN 61851-1/22/23/24 (VDE 0122-1/2-2/2-3/2-4), ISO 15118-1, DIN SPEC 70121, IEC 60364-6 / DIN VDE 0100-600, EN 50110-1 / DIN VDE 0105-100, dalle istruzioni del produttore e dell’installatore e, a seconda del luogo di installazione e del tipo di utilizzo, anche dai requisiti legali.

Ulteriori informazioni sono fornite dalla legge sulla salute e la sicurezza sul lavoro, dall’ordinanza sulla sicurezza e la salute sul lavoro, dalle linee guida della ZVEH e dalle norme antinfortunistiche delle associazioni di categoria.

Perché viene sottoposto a un test?

Secondo l’articolo 2 (2) della legge fondamentale, ogni persona ha diritto alla vita e all’integrità fisica. Durante il processo di ricarica, l’utente entra in contatto diretto con la tecnologia della stazione di ricarica. Pertanto, i requisiti di sicurezza devono essere soddisfatti in condizioni normali (anche in condizioni climatiche diverse), con particolare attenzione all’uso improprio e all’abuso prevedibile, agli incidenti e agli atti di vandalismo.

Il test da eseguire determina lo stato attuale e lo confronta o lo valuta con lo stato previsto. In caso di deviazioni al di fuori dei limiti di tolleranza specificati, il sistema viene installato e viene ripetuta l’ispezione.

Oltre alla legislazione e all’interesse del cliente, c’è ora un grande interesse commerciale del tester, perché secondo la BNetzA, oltre ai 38.876 punti di ricarica normali, 6.493 punti di ricarica rapida sono stati ufficialmente registrati in Germania a partire dal 01.07.2021.

La scelta giusta delle apparecchiature di misura e di prova

Durante le prove, l’attenzione è rivolta alla sicurezza della persona che esegue la prova, l’elettricista. Pertanto, la scelta corretta di un dispositivo di misurazione/test adeguato è particolarmente importante. Questi devono essere conformi agli standard del produttore e del dispositivo. In particolare, le singole procedure di prova devono essere conformi alle norme. La norma di riferimento è la DIN EN 61557 (VDE 0413) Sicurezza elettrica nei sistemi a bassa tensione fino a 1.000 V in corrente alternata e 1.500 V in corrente continua – Apparecchi per testare, misurare o monitorare le misure di protezione. Inoltre, la corretta categoria di misura è di grande importanza. Questa indica i campi di applicazione consentiti per i dispositivi di misura e di prova delle apparecchiature e dei sistemi elettrici da utilizzare nelle reti a bassa tensione. La classificazione della categoria di misura è definita dalla norma IEC 61010-1 (Prescrizioni di sicurezza per apparecchi elettrici di misura, controllo e laboratorio).

Test dei punti di ricarica DC con PROFiTEST H+E XTRA C

Il collaudo a norma dei punti di ricarica CC comprende tutte le misure con cui viene verificata la conformità dell’impianto elettrico e la comunicazione con i requisiti.

Il test comprende l’ispezione, il collaudo e la misurazione, nonché la preparazione di un rapporto di prova.

Visita

Prima del controllo funzionale, compresa la comunicazione, la stazione di ricarica rapida DC viene ispezionata secondo le specifiche definite. È importante notare che si tratta di un sistema elettrico fisso che può essere utilizzato da personale non esperto! L’ispezione visiva deve essere documentata e può essere integrata da materiale visivo adeguato.

Verifica funzionale della comunicazione DC-CCS (secondo ISO 15118-1 / DIN SPEC 70121)

Per verificare la comunicazione, è importante osservare tutte le istruzioni di sicurezza richieste. Il dispositivo diagnostico PROFiTEST H+E XTRA C deve essere collegato al punto di ricarica DC e deve essere preselezionato lo standard/la sequenza di standard corrispondente ISO 15118-1 o DIN SPEC 70121. Dopo l’avvio, l’autenticazione avviene tramite hotline telefonica, pagamento in contanti, bancomat, carta di debito, carta RFID, dispositivo NFC, SMS del telefono cellulare, app per smartphone, Internet, Plug & Charge, tra gli altri. Il tester diagnostico simula un veicolo elettrico con carico CC e sorgente CC. Durante il test, vengono visualizzate le fasi successive della procedura di test e le relative informazioni.

L’impostazione del test è riportata nel PDF.

Se il risultato è OK, si possono fare le seguenti affermazioni:

• Il carico ha superato i 3 A durante il ChargeLoop (processo di ricarica)
• La stazione di ricarica funziona, il veicolo elettrico può essere alimentato
• Comunicazione conforme alla norma ISO 15118-1 / DIN SPEC 70121

Verifica funzionale della comunicazione CHAdeMo

Durante il test, vengono visualizzate le fasi successive della procedura di test e le relative informazioni. Anche in questo caso, durante il controllo della comunicazione, è importante osservare tutte le istruzioni di sicurezza richieste. Il dispositivo diagnostico PROFiTEST H+E XTRA C deve essere collegato al punto di ricarica CHAdeMO DC. Dopo l’avvio, l’autenticazione avviene tramite hotline telefonica, pagamento in contanti, bancomat, carta di debito, carta RFID, dispositivo NFC, SMS da cellulare, app per smartphone, Internet, Plug & Charge, tra gli altri. Il tester diagnostico simula un veicolo elettrico con carico CC e sorgente CC.

Viene avviata la seguente procedura di verifica:

Test di sicurezza elettrica a norma presso il punto di ricarica DC

La sicurezza elettrica viene testata con PROFITEST H+E XTRA o PROFITEST H+E XTRA C in combinazione con PROFITEST PRIME. I test devono essere eseguiti da un elettricista qualificato utilizzando strumenti di misura conformi alle norme.

• Misura della continuità a bassa resistenza del conduttore di protezione
• Misura della resistenza del loop tra DC+ und DC-
• Controllo del monitoraggio dell’isolamento nel sistema CCS
• Misura della resistenza di isolamento
• Misura della tensione residua
• Misura dalla corrente di contatto
• Controllo del dispositivo di protezione dalle correnti residue

La particolarità del collaudo dei punti di ricarica in c.c. è che la maggior parte delle misure e dei test devono essere eseguiti solo quando il carico è collegato alla sorgente! (ad esempio, la misura del loop)

Utilizzo per verificare l’efficacia delle misure di protezione dei punti di ricarica

Per le installazioni elettriche, deve essere garantita la protezione contro le scosse elettriche. Nell’installazione in corrente continua, devono essere soddisfatti anche i requisiti specifici previsti dalla norma DIN VDE 0100, in quanto esiste un maggiore rischio di incendio dovuto a difetti di isolamento che possono causare un arco non estinguibile.

La valutazione dell’efficacia della protezione contro le scosse elettriche e in caso di sovracorrente mediante disconnessione automatica nei punti di ricarica AC/DC può essere verificata con i dispositivi PROFITEST H+E XTRA o PROFITEST H+E XTRA C in combinazione con il dispositivo PROFITEST PRIME.

In questo caso, la misura effettiva viene effettuata con il dispositivo di prova PROFITEST PRIME. I dispositivi PROFITEST H+E XTRA o PROFITEST H+E XTRA C fungono da adattatori.

Misura della resistenza dell’anello DC

Poiché anche le basse resistenze di contatto possono essere molto pericolose, questa misura deve essere eseguita con il PROFiTEST PRIME come raccomandato.

Con correnti fino a 400 ampere, anche basse resistenze di contatto sul connettore causano elevate perdite di calore. Anche una resistenza di 0,15 milliohm è sufficiente a trasformare il connettore in un saldatore da 25 watt.

Tuttavia, il precedente tappo compatto in plastica del tipo CCS 2 (Combined Charge System) deve essere mantenuto. Il calore può fuoriuscire in modo insufficiente. Poiché i tappi sono sistemi aperti e le superfici di contatto possono essere sporcate o danneggiate dalla polvere o da altre influenze ambientali, resistenze di contatto ancora più elevate potrebbero bruciare rapidamente i tappi. Con conseguenze potenzialmente fatali. (Fonte: Matthias Kübel, VW)

Metodo di misura DC

Il PROFITEST PRIME consente di misurare l’impedenza del loop DC+ – DC-, DC+ – PE, DC- – PE, a seconda del tipo di contatto. Si misura l’impedenza del loop Z e si determina la corrente di cortocircuito IK per verificare se le condizioni di disconnessione dei dispositivi di protezione sono soddisfatte. Nel caso del punto di ricarica DC, la misurazione è rilevante solo per determinare l’impedenza del loop e le resistenze di contatto del sistema di connessione.

Informazioni utili

L’impedenza di loop deve essere misurata per ogni circuito nel punto più lontano per rilevare l’impedenza di loop massima dell’installazione.

Controllo del monitoraggio dell’isolamento nel sistema CCS

Il controllo del monitoraggio dell’isolamento viene effettuato simulando resistenze di isolamento ben definite e rappresenta un test di sicurezza dell’EVSE per verificare il rilevamento di guasti all’isolamento. Questo controllo viene effettuato solo per i DC-CCS.

Il PROFiTEST XTRA C simula un veicolo elettrico con carico CC e sorgente CC. Il processo di carica si arresta automaticamente dopo alcuni secondi. Il valore ISO testato viene visualizzato sullo schermo del dispositivo diagnostico.

Attenzione! Durante la procedura di test, la pistola di carica viene automaticamente bloccata e non può essere estratta.

Caratteristiche tecniche:
HDC+: Hoher Isolationswiderstandswert zwischen DC+ und PE 475 kΩ
LDC+: Niedriger Isolationswiderstandswert zwischen DC+ und PE 95 kΩ
HDC-: Hoher Isolationswiderstandswert zwischen DC- und PE 475 kΩ
LDC-: Niedriger Isolationswiderstandswert zwischen DC- und PE 95 kΩ

Misura della tensione residua

La misurazione della tensione residua è consigliata per garantire che non vi siano pericoli quando si toccano parti attive pericolose. Questo vale in particolare per gli accoppiatori per veicoli se la tensione supera i 60 V CC o 30 V CA (rms) tra i contatti durante la carica.

Dopo aver scollegato l’accoppiatore per veicoli dal connettore del veicolo, devono essere soddisfatti 2 requisiti, a condizione che i contatti dell’accoppiatore per veicoli non siano conformi a IPXXB secondo la norma IEC 60529:

1. La carica tra tutti i contatti deve essere inferiore a 50 μC entro 1 s, ovvero la tensione non deve superare i 60 V CC e i 30 V CA (rms) entro 1 s dalla disconnessione.
2. L’energia tra tutti i contatti deve essere inferiore a 0,2 J entro 10 s, ovvero la tensione non deve superare i 60 V CC e i 30 V CA (rms) entro 10 s dalla disconnessione.

Con il PROFiTEST PRIME, il test di assenza di tensione viene eseguito mediante una misurazione della tensione in cui viene misurato il tempo di scarica tu.

Test del dispositivo di corrente residua

In base agli standard pertinenti, le stazioni di ricarica in c.c. devono essere dotate di speciali misure di protezione. I punti di ricarica in c.c. per veicoli elettrici con una linea di ricarica fissa devono essere dotati di un dispositivo di corrente residua RCD sulla linea o nel dispositivo di alimentazione. Per ulteriori informazioni sulle misure di protezione contro le correnti residue nelle installazioni fisse, consultare la norma IEC 60364-7-722. La compatibilità con un interruttore differenziale RCD di tipo A a monte può essere ottenuta anche mediante un isolamento doppio o rinforzato del circuito che provoca una corrente di dispersione CC verso un altro circuito e un conduttore di protezione, oppure utilizzando una speciale tecnologia di sensori per rilevare correnti residue CC di 6 mA.

Informazioni utili

• I dispositivi di corrente residua (RCD) sono utilizzati per la protezione mediante disconnessione automatica dell’alimentazione in caso di contatto indiretto. L’efficacia di questa misura deve essere verificata mediante ispezione e misurazione. Deve essere dimostrato che la disconnessione avviene al più tardi quando viene raggiunta la corrente differenziale nominale I∆N e non viene superato il valore limite concordato della tensione di contatto ammissibile.
• Il PROFiTEST PRIME offre la possibilità di testare dispositivi sensibili alle correnti di guasto in CA, a impulsi e in CC con intervento istantaneo (tipo generale), ritardato di breve durata (tipo G) o ritardato nel tempo (tipo S).

Metodo di misura speciale PROFiTEST PRIME

Per determinare la tensione di contatto U∆N che si verifica con la corrente residua nominale, il dispositivo di prova misura con una corrente che è solo circa 1/3 della corrente residua nominale. In questo modo si evita l’intervento dell’interruttore differenziale RCD. Il vantaggio particolare di questo metodo di misura è che è possibile misurare facilmente e rapidamente la tensione di contatto su qualsiasi presa senza che il dispositivo di corrente residua RCD intervenga. È possibile omettere il metodo di misurazione altrimenti consueto e oneroso di testare l’efficacia di un punto e dimostrare che tutte le altre parti dell’impianto da proteggere sono collegate in modo affidabile a questo punto di misurazione con una bassa resistenza attraverso il conduttore PE.

Novità – Test degli interruttori differenziali da 6 mA RDC-DD / RCMB

La norma DIN VDE 0100-722 (Regole di installazione per le strutture di ricarica per la mobilità elettrica) stabilisce che ogni presa per la ricarica di un veicolo elettrico deve essere protetta con un dispositivo di corrente residua RCD separato. Inoltre, è prevista una protezione aggiuntiva per la ricarica multifase con correnti residue continue. Tale protezione può essere realizzata con un RCD di tipo B, un RDC-DD (Residual Direct Current – Detecting Device) o un RCMB (Residual Current Monitoring Module). Gli RDC-DD sono testati secondo la norma IEC 62955 e gli RCMB secondo la norma IEC 62752. I tempi di intervento richiesti sono i seguenti:

Misura della resistenza di isolamento

Per evitare pericoli e danni dovuti alle correnti di guasto e alle correnti di dispersione che possono verificarsi a causa di un isolamento difettoso della linea, è necessario controllare la resistenza di isolamento tra i conduttori attivi e il conduttore di protezione collegato a terra.

La resistenza di isolamento viene misurata erogando una tensione continua costante e una corrente di prova di almeno 1 mA, in conformità alla norma DIN EN 61557-2.

Il test viene eseguito su stazioni di ricarica CC senza un sistema di monitoraggio dell’isolamento.

Se la stazione di ricarica in c.c. per veicoli elettrici ha diverse uscite in c.c. destinate al funzionamento simultaneo, ogni circuito di uscita deve essere inoltre separato da tutti gli altri circuiti di uscita mediante isolamento di base, doppio isolamento o isolamento rinforzato. In questo caso si raccomanda una misurazione aggiuntiva della resistenza di isolamento tra i punti di ricarica CC.

Informazioni utili

• Le resistenze di isolamento possono essere misurate solo su oggetti privi di tensione.
• Non toccare le punte di misura durante la misurazione. C’è il rischio di lesioni!
• Gli oggetti di prova capacitivi non vengono scaricati correttamente durante questa misurazione. Pertanto, il collegamento tra il dispositivo di prova e l’oggetto da misurare deve essere interrotto solo quando la tensione della sonda di prova è “< 10 V”.
• Prima della misurazione dell’isolamento, verificare se il dispositivo indica < 1 kΩ mettendo in cortocircuito i puntali sulle sonde di prova. In questo modo si può evitare un collegamento errato o rilevare un’interruzione dei puntali.

Misura della corrente di contatto

La corrente di contatto viene misurata durante la ricarica di un’auto elettrica presso una stazione di ricarica CC in determinate condizioni. Il valore effettivo della corrente di contatto è di 3,5 mA. Se questo valore viene superato, devono essere soddisfatti i requisiti previsti dalla norma DIN EN 61851-23 per una stazione di ricarica CC per veicoli elettrici di classe di protezione I.

Informazioni utili

• La parte da misurare deve essere priva di tensione! In caso di dubbio, verificare l’assenza di tensione prima di iniziare la misurazione.
• Prima di eseguire il test, è necessario scollegare le parti del circuito collegate al conduttore di terra di protezione mediante una resistenza fissa o un riferimento (ad esempio, per verificare il collegamento dell’EV).

Sintesi

Le norme di legge stanno aumentando la pressione sui produttori di automobili di tutto il mondo per ridurre le emissioni di anidride carbonica dei loro veicoli. Di conseguenza, cresce anche la domanda di opzioni di ricarica e dei loro diversi concetti di ricarica. Tuttavia, la mancanza di infrastrutture fa sì che molti utenti si sentano costretti a ricaricare i loro veicoli a casa per il momento. Per i viaggi più lunghi, tuttavia, si aspettano che il processo di ricarica sia il più veloce possibile.

A causa di queste esigenze, l’infrastruttura di ricarica a corrente continua è in fase di ulteriore espansione e deve quindi essere esaminata.

L’ispezione delle stazioni di ricarica rapida, ovvero dei punti di ricarica a corrente continua, presenta sempre nuove sfide per l’elettricista esperto. Con una conoscenza di base della comunicazione dei diversi sistemi di ricarica e una conoscenza di base dei metodi di misurazione e della loro applicazione, è possibile eseguire e valutare il test.

Esempio di rapporto di prova.