Soluzioni di ricarica con dispenser a pantografo invertito da 600 A per depositi di autobus elettrici.

Soluzioni di ricarica con dispenser a pantografo invertito da 600 A per depositi di autobus elettrici.

I pantografi sono comunemente utilizzati per la ricarica opportunistica degli autobus elettrici (e-bus). Con il continuo sviluppo della tecnologia di ricarica, è emersa una nuova generazione di pantografi per soddisfare le esigenze di ricarica rapida nei depositi.

Questo articolo analizza innanzitutto i pantografi utilizzati per la ricarica degli autobus elettrici, per poi introdurne l'applicazione nella ricarica opportunistica. Infine, proponiamo la possibilità di utilizzare i pantografi come caricabatterie rapidi per autobus elettrici nei depositi.

Pantografi I pantografi sono dotati di bracci a forma di forbice utilizzati per collegare il tetto dell'autobus a un palo fisso presso la stazione di ricarica. Il sistema a pantografo per autobus elettrici deriva da quello delle metropolitane leggere o dei tram. Quando un autobus elettrico arriva a una stazione di ricarica, il pantografo si estende automaticamente. Al contatto, la batteria dell'autobus elettrico può iniziare a caricarsi.

I pantografi sono caricabatterie ad alta capacità, con potenze che in genere variano da 150 kW a 550/650 kW. Vengono spesso utilizzati come collegamenti temporanei a stazioni di ricarica designate lungo il percorso per ricaricare l'autobus elettrico. Questa pratica è nota come ricarica opportunistica.

Configurazioni del pantografo

Esistono due configurazioni di ricarica a pantografo: il pantografo può sollevarsi dal tetto dell'autobus (tipo a pantografo estensibile) oppure può estendersi verso il basso dalla stazione di ricarica per collegarsi all'autobus (tipo a pantografo abbassabile).

Sistema di abbassamento del pantografo
In un sistema di abbassamento a pantografo, il pantografo invertito scende dalla parte superiore della stazione di ricarica e si collega a una guida sul tetto dell'autobus, connettendosi così alla batteria.

Il pantografo riceve le chiamate in arrivo dall'autobus in modalità wireless, si connette e avvia il processo di ricarica.

Sistema di sollevamento del pantografo
In un sistema a pantografo sollevabile, il pantografo è montato sul tetto dell'autobus elettrico. Quando l'autobus arriva alla stazione di ricarica, il pantografo si solleva dal tetto e stabilisce un collegamento elettrico con il connettore della stazione di ricarica.

Dei due sistemi, quello a pantografo sollevabile è tecnicamente più semplice da implementare. Questo tipo di pantografo è controllato dal conducente dall'interno della cabina, mentre quello a pantografo abbassabile richiede un'infrastruttura Wi-Fi per attivare la connessione.

La ricarica in loco per gli autobus elettrici potrebbe non essere sufficiente a soddisfare le esigenze operative della linea, soprattutto per le lunghe distanze. In tal caso, l'autobus elettrico necessita di essere ricaricato o ricaricato rapidamente. I pantografi installati lungo il percorso possono estendere l'autonomia dell'autobus durante il servizio. Pertanto, oltre alla ricarica notturna degli autobus elettrici nel deposito, il pantografo e il suo caricabatterie ad alta tensione possono fornire una ricarica rapida, consentendo agli autobus elettrici di operare su percorsi più lunghi durante il giorno. I pantografi sono generalmente situati alle fermate degli autobus, ai capolinea o alle fermate principali lungo il percorso.

Alimentazione di ricarica del pantografo
La potenza di ricarica dei pantografi varia da 150 kW a 600 kW. Una ricarica completa di un autobus elettrico può richiedere dai 5 ai 20 minuti. La ricarica rapida (non necessariamente completa) può richiedere dai 5 ai 7 minuti. La ricarica può avvenire durante le fermate alle stazioni degli autobus. I passeggeri possono salire e scendere normalmente durante la ricarica.

Pantografo come dispositivo di ricarica rapida
In alcuni paesi sviluppati, i pantografi sono installati anche nelle fermate principali lungo il percorso, oltre a quelli presenti nei capolinea. Gli autobus elettrici si ricaricano rapidamente mentre i passeggeri salgono e scendono a queste fermate. Una stazione di ricarica rapida a pantografo da 600 kilowatt a Ginevra sarebbe in grado di ricaricare le batterie in soli 15-20 secondi.

Stazioni di ricarica lente e veloci
La tecnologia di ricarica nelle stazioni di ricarica è in continua evoluzione. Inizialmente, le stazioni di ricarica utilizzavano caricabatterie CA a spina, che impiegavano dalle 6 alle 8 ore per ricaricare completamente un autobus elettrico. Questo metodo di "ricarica lenta" non era l'ideale:

· Per le aziende con ampie flotte di autobus elettrici, la domanda di ricarica è stata elevata.

· Per le situazioni in cui la finestra temporale disponibile per la ricarica notturna era molto più breve del tempo di ricarica del caricabatterie CA.

• I caricabatterie CA richiedevano che gli autobus elettrici fossero dotati di convertitori di bordo. I convertitori di bordo hanno una capacità limitata e pertanto sono in genere di piccole dimensioni, con conseguenti tempi di ricarica più lunghi.

Per i depositi che passano da caricabatterie CA "lenti" a caricabatterie rapidi, la scelta più naturale è quella di adottare caricabatterie rapidi CC a spina. Il convertitore di corrente continua è integrato nell'apparecchiatura di ricarica, non nella barra elettrica. Pertanto, i convertitori esterni possono avere una maggiore capacità di conversione. Ciò non solo aumenta la velocità di ricarica, ma riduce anche i tempi di ricarica.

Normalmente, la ricarica di un autobus tramite un caricabatterie rapido a corrente continua con una potenza non superiore a 100 kW richiede circa quattro ore, a seconda della capacità della batteria.

 

Gli autobus elettrici possono essere equipaggiati con un sistema di ricarica rapida a pantografo che consente la ricarica delle batterie alle fermate lungo il percorso e nei depositi, migliorando così l'efficienza operativa e la velocità di rotazione.

Esistono due metodi di installazione per il sistema a pantografo: il pantografo può essere montato sul tetto dell'autobus oppure direttamente sulla colonnina di ricarica (pantografo invertito).

In genere, la scelta del tipo di pantografo è determinata dall'infrastruttura esistente. Se una città dispone già di stazioni di ricarica a pantografo aereo, gli operatori optano solitamente per una soluzione invertita, che prevede l'installazione di binari di ricarica direttamente sui veicoli.

La stazione di ricarica a pantografo è un impianto di ricarica stradale dotato di una struttura aerea. All'arrivo di un autobus, i punti di contatto dell'unità aerea si abbassano e si collegano alla rotaia sul tetto anteriore dell'autobus, consentendo una ricarica rapida in corrente continua ad alta potenza.

iEngineering Group offre soluzioni di ricarica CC a lungo raggio per autobus elettrici. La nostra serie iPower integra unità di ricarica e pantografi in una soluzione compatta ed efficiente.

Il sistema supporta tre moduli funzionali: ricarica tramite connettore, ricarica tramite pantografo e feedback di rete (da CC a CA). È particolarmente adatto per stazioni di ricarica rapida in corrispondenza dei punti di partenza e di arrivo delle linee elettriche e può essere personalizzato fino a una potenza massima di 400 kW.

• Pantografo abbassato: Poiché il motore dell'attuatore del pantografo si trova sul lato della colonnina di ricarica e non sul lato dell'autobus, sono necessari diversi passaggi aggiuntivi, in quanto l'autobus deve comunicare alla colonnina di abbassare il pantografo. L'autobus stabilisce una connessione Wi-Fi con la colonnina di ricarica (preferibilmente protetta) e quindi segnala alla colonnina di abbassare il pantografo. Poiché potrebbero esserci diverse colonnine di ricarica nelle vicinanze, la colonnina deve accertarsi che l'autobus sottostante sia quello che richiede il pantografo (e non un autobus adiacente) e che sia posizionato correttamente. Questo viene fatto utilizzando un sistema di posizionamento RFID con beacon sull'autobus. Una volta che la colonnina di ricarica ha confermato la posizione e l'identità dell'autobus, può abbassare il pantografo. Questi componenti aggiuntivi di comunicazione Wi-Fi e RFID, e i relativi controller, aggiungono una notevole complessità. Il controller del pantografo sul lato della colonnina di ricarica è un componente aggiuntivo rispetto al pantografo sollevato. Poiché viene utilizzato solo per gli autobus, continuerà a essere un prodotto specialistico a basso volume. Ciò comporterà un minor numero di produttori di colonnine di ricarica in grado di supportare il pantografo abbassato, con conseguenti costi e complessità elettronica più elevati.