Con l’aumento della diffusione dei veicoli elettrici, le stazioni di ricarica devono fronteggiare sfide sempre più complesse, come la necessità di ricaricare rapidamente un numero elevato di veicoli. Per soddisfare questa esigenza, l’istituto tedesco Fraunhofer ISE, in collaborazione con partner industriali, ha sviluppato, nell’ambito del progetto MS Filling Station (noto in tedesco come MS-Tankstelle), un sistema elettronico per realizzare stazioni di ricarica rapida a media tensione, in grado di gestire carichi di punta fino a diversi megawatt.
La necessità di stazioni di ricarica a media tensione
Come racconta l’Istituto, il numero di veicoli elettrici sta crescendo in modo significativo, ma la rete di ricarica non è ancora sufficientemente sviluppata per soddisfare la domanda futura. Ad oggi, “la potenza media di un sistema di ricarica rapida per un’auto è di 150 kW; per autobus, furgoni e piccoli camion sale agli attuali 350 kW”“. Con questa potenza media, “le stazioni dovranno disporre di 15-25 punti di ricarica” per servire lo stesso numero di veicoli nello stesso tempo.
Il problema è che ancora oggi queste stazioni erogano elettricità attraverso una rete a bassa tensione (ovvero con una tensione inferiore ai 1,5 kV), che non consente grandi carichi di energia. Stando all’Istituto, in futuro le stazioni dotate di ricarica rapida dovranno erogare “da 1,5 a 3,5 megawatt di potenza”, un valore che supera le capacità della rete a bassa tensione utilizzata oggi. “Ciò significa che le future infrastrutture non potranno più essere alimentate tramite la rete a bassa tensione: anche se la stazione di rifornimento avesse una capacità ridotta, la potenza richiesta supererebbe i 300 kW”.
Questo è il motivo per cui le stazioni di ricarica del futuro dovranno essere alimentate da una rete a media tensione attraverso tecnologie come quella proposta dal progetto MS-Tankstelle, in esposizione alla fiera E-World Energy & Water dall’11 al 13 febbraio 2025.
Il sistema elettronico per le stazioni di ricarica a media tensione
Sviluppata in collaborazione con i partner Sumida Components & Modules GmbH, Infineon Technologies AG e AEG Powersolutions GmbH, la soluzione del Fraunhofer consiste in un sistema elettronico basato su semiconduttori in carburo di silicio da 2 kV e un trasformatore da 175 kW. Grazie al suo livello di tensione superiore e all’uso dei semiconduttori, questa tecnologia permetterà alla stazione di ricarica di offrire prestazioni superiori con la stessa corrente, senza necessitare di un cavo più grande, riducendo al contempo il consumo di rame.
A sua volta, un convertitore isolato galvanicamente accoppia la rete di distribuzione in corrente continua (CC) alla batteria del veicolo e controlla la ricarica rapida. I convertitori DC, ciascuno con una potenza di 175 kW, sono progettati in modo tale da poter essere facilmente collegati in parallelo nel sistema. Questo approccio modulare permetterà di realizzare in futuro stazioni di ricarica con potenza inferiore per le auto e con potenza maggiore per i camion, garantendo così la compatibilità con diversi tipi di veicoli.
Infatti, per progettare la nuova infrastruttura elettrica, i partner del progetto hanno dovuto affrontare più di una sfida, a cominciare dalla compatibilità con diverse tipologie di mezzo. A differenza della classica wallbox domestica, le stazioni di ricarica devono essere altamente compatibili per diversi tipi di veicoli. Inoltre devono garantire un processo di ricarica semplice, in linea con gli standard che già dominano in Europa (Combined Charging System – CCS 1 e 2).
Grazie all’adozione di un raddrizzatore centrale e a una distribuzione a 1500 V CC, i componenti di connessione alla rete (come il trasformatore e il raddrizzatore) possono essere dimensionati e adattati con maggiore facilità, assicurando alla stazione di ricarica una maggiore compatibilità con i veicoli elettrici.
Come racconta Andreas Hensel (Group Leader High Performance Electronics and Systems Technology presso Fraunhofer ISE):
“La topologia che abbiamo sviluppato nel progetto può essere utilizzata non solo per le stazioni di ricarica, ma potenzialmente anche per le centrali elettriche ibride rinnovabili o per l’integrazione di sistemi di accumulo a batteria stazionari”.
