L’industria dei veicoli ad energia nuova (NEV) in Cina è entrata in una fase di espansione orientata al mercato, e il parco dei NEV continua a crescere a un ritmo accelerato. Questo aumento non solo riflette il successo del paese nella transizione verso una mobilità sostenibile, ma mette anche in luce la necessità imperiosa di rafforzare le misure di sicurezza per l’infrastruttura di ricarica e sostituzione batterie. La sicurezza, considerata a tutti gli effetti la vita dell’industria, comprende molteplici dimensioni: la sicurezza delle stazioni di ricarica stesse, delle interfacce di ricarica, dei veicoli e dei sistemi batteria, nonché la sicurezza informativa.
La base di un robusto quadro di sicurezza si fonda su linee guida politiche e standardizzazione. Già nel 2020, le stazioni di sostituzione batterie sono state incluse nell’ambito delle nuove infrastrutture nel rapporto governativo, con un ulteriore enfasi nel 2021. Nello stesso anno, è stata attuata la norma nazionale GB/T 40032-2021 Requisiti di sicurezza per la sostituzione batterie dei veicoli elettrici, che rappresenta il primo standard nazionale base e universale nel settore automobilistico cinese per la sostituzione batterie. Questa norma ha notevolmente migliorato i livelli di sicurezza dei veicoli elettrici che utilizzano la tecnologia di sostituzione batterie in termini di resistenza meccanica, sicurezza elettrica e adattabilità ambientale.
Nel 2023, il Consiglio di Stato ha pubblicato le Linee guida per il rafforzamento di un sistema di infrastruttura di ricarica di alta qualità, che hanno chiarito le responsabilità principali e i sistemi di gestione della sicurezza per la ricarica. Allo stesso tempo, la compilazione annuale della Guida alla sicurezza dei veicoli elettrici da parte dell’Associazione Cinese dei Costruttori di Automobili, dell’Alleanza Cinese per la Ricarica dei Veicoli Elettrici e dell’Alleanza per le Batterie, iniziata nel 2019, ha fornito riferimenti e indicazioni preziose per sviluppatori, professionisti e personale di servizio dei NEV in materia di sicurezza.
La sicurezza della batteria, definita spesso il “cuore” dei veicoli ad energia nuova, è fondamentale per le prestazioni di sicurezza complessive del veicolo. Negli ultimi anni, una serie di incidenti legati alla sicurezza delle batterie ha dato unallarme all’industria. Dati dall’Alleanza per l’Innovazione nella Industria delle Batterie per Veicoli Elettrici di Cina mostrano che, nel primo semestre di quest’anno, la capacità di montaggio cumulativa delle batterie domestiche ha raggiunto i 203,3 GWh, con un aumento annuo del 33,7%. Questa crescita accelerata nell’uso delle batterie aumenta l’urgenza di affrontare le sfide relative alla loro sicurezza.
Da un punto di vista tecnico, l’approccio base dell’industria per controllare la sicurezza delle batterie si articola in quattro fasi: controllo dei limiti di sicurezza, allarme preventivo, valutazione dei rischi in corso e strategie di controllo post-incidente. Gli esperti classificano i problemi di sicurezza in tre tipi: abuso termico, abuso elettrico e abuso meccanico. L’abuso termico si verifica quando ambienti esterni ad alta temperatura influenzano la batteria; l’abuso elettrico include situazioni come una ricarica eccessivamente rapida, che può portare ai dendriti di litio a perforare la membrana durante il trasferimento di energia; l’abuso meccanico si riferisce a collisioni o pressioni sulla batteria. Questi problemi possono sovrapporsi: ad esempio, la ricarica rapida può causare sia abuso elettrico che termico, poiché l’aumento della resistenza interna durante la ricarica genera più calore e fa salire la temperatura.
Dall’angolo di vista del mercato e dei clienti, la ricarica rapida può migliorare la comodità per l’utente e ridurre i costi operativi sociali, rappresentando una strada di sviluppo inevitabile. Tuttavia, considerando i problemi di sicurezza, gli esperti suggeriscono che le case automobilistiche dovrebbero prima stabilizzare la ricarica 3C (batteria carica in 20 minuti), quindi implementare la 4C (15 minuti), per poi avanzare verso ricariche ancora più efficienti in modo graduale. Questo approccio garantisce che la sicurezza non venga sacrificata sulla strada della convenienza.
Oggi, le infrastrutture di ricarica dei veicoli elettrici hanno superato il concetto di semplici apparecchiature stazionali, diventando componenti chiave della rete di infrastrutture di ricarica. Essi collegano non solo i veicoli elettrici a sistemi elettrici avanzati, ma anche svolgono un ruolo di hub per l’energia e l’informazione nella convergenza delle tre reti: rete veicolare, rete di ricarica e rete elettrica. Di conseguenza, queste apparecchiature richiedono requisiti di sicurezza più severi e una protezione completa.
Nonostante i progressi, l’attenzione dell’industria verso la sicurezza delle infrastrutture di ricarica risulta ancora insufficiente, con frequenti incidenti di varia natura: fuga termica (thermal runaway) durante la ricarica, cortocircuiti e dispersioni di corrente nelle stazioni che compromettono l’incolumità delle persone, nonché intrusioni informatiche nelle piattaforme di gestione che causano interruzioni del servizio. Per affrontare questo, gli esperti propongono un approccio multi-funzionale che includa sicurezza delle persone, sicurezza dei veicoli, sicurezza delle apparecchiature, sicurezza dell’energia immagazzinata e sicurezza dei dati.
Componenti critici come le pistole di ricarica, parti vulnerabili delle stazioni di ricarica, presentano tre caratteristiche principali: alta capacità di trasporto di corrente, che richiede alta sicurezza; frequenti connessioni e disconnessioni, che richiedono durata; interazione diretta con l’utente, che richiede facilità d’uso. Queste caratteristiche implicano una stabilità di qualità a lungo termine. Innovazioni come algoritmi basati su intelligenza artificiale per monitorare e prevedere la vita residua delle pistole di ricarica consentono una manutenzione predittiva, aiutando gli operatori a prevenire rischi in anticipo.
La sostituzione batterie, come metodo di ricarica alternativa, offre il vantaggio di una ricarica rapida, simile alla rifornitura di carburante, riducendo i tempi di attesa per l’utente. Sebbene la quota di mercato sia ancora limitata, con l’espansione massiva delle infrastrutture di sostituzione, la sicurezza è diventata un punto focale della pubblica attenzione.
Nel settore dei camion pesanti, ad esempio, le vendite cumulative di camion elettrici con sostituzione batterie hanno superato le 10.000 unità nel primo semestre del 2024, con un aumento del 82% rispetto alle 5.729 unità dello stesso periodo dell’anno precedente. Con l’immissione di numerosi camion elettrici sul mercato, l’importanza della sicurezza nella sostituzione batterie è diventata sempre più evidente. rafforzare la sicurezza nella sostituzione batterie favorisce lo sviluppo sostenibile dell’industria, garantisce il rispetto delle normative legali, proteggere la reputazione del marchio, promuove l’innovazione tecnologica e migliora la capacità di risposta alle emergenze.
“Anche se il modello di sostituzione batterie è stato promosso, ci rendiamo conto che la sicurezza è il fattore più importante per la sua sostenibilità a lungo termine”, afferma un esperto del settore. Le stazioni di sostituzione batterie devono considerare quattro aspetti: progettazione, scelta del sito, costruzione e operazione. In particolare, l’operazione implica gestione delle apparecchiature, gestione delle operazioni e gestione delle batterie, con particolare attenzione alla trasportazione e memorizzazione sicure delle batterie.
Basandosi su anni di esperienza, gli esperti hanno sintetizzato la sicurezza in tre parole chiave: “non innescare, anticipare, rimuovere rapidamente”. La norma GB 38031-2020 ‘Requisiti di sicurezza per le batterie di accumulo per veicoli elettrici’ vieta il fenomeno della fuga termica (thermal runaway) delle batterie, implementando un livello di protezione che garantisce il ‘non innesco’. “Il nostro monitoraggio presso le stazioni di batterie adopta misure di protezione secondarie in tempo reale; attraverso l’elaborazione di big data sulla piattaforma cloud, combinata con l’analisi retrospettiva dei dati storici delle batterie, monitoriamo se lo stato durante la ricarica si avvicina a un rischio, controllando eventuali cambiamenti improvvisi. Grazie ai dati storici accumulati a lungo termine, possiamo vedere chiaramente se le prestazioni della batteria tendono a deteriorarsi, riuscendo così a ‘anticipare'”, spiega un esperto. “Rimuovere rapidamente” è un vantaggio delle stazioni di sostituzione: in caso di problemi, la batteria può essere rapidamente rimossa dall’alloggiamento di ricarica, contemporaneamente interrompendo l’alimentazione esterna e trasferendola in una zona sicura.
Inoltre, nella gestione regolare, è fondamentale organizzare formazione periodica per il personale durante i periodi meno affollati, per familiarizzarli con le procedure di emergenza, oltre a garantire un servizio 24 ore su 24 e meccanismi di collegamento con i corpi di pompieri.
La standardizzazione gioca un ruolo cruciale nella prevenzione dei rischi di ricarica e scarica. Poiché nella ricarica e nella scarica il corrente ad alta tensione viene trasferito attraverso circuiti di alimentazione, esistono rischi di scosse elettriche, surriscaldamento di componenti e guasti funzionali, per cui sono necessarie normative specifiche. Il sistema di norme cinese per i veicoli elettrici copre quattro aspetti: sicurezza del veicolo, sicurezza della batteria, sicurezza della ricarica e sicurezza della sostituzione batterie.
La sicurezza del veicolo riguarda la sicurezza funzionale, la sicurezza operativa, la protezione contro scosse elettriche, incendi e la protezione dopo collisioni, con norme come GB 18384-2020 Requisiti di sicurezza per veicoli elettrici, GB 38032-2020 Requisiti di sicurezza per autobus elettrici e GB/T 31498-2021 Requisiti di sicurezza per veicoli elettrici dopo collisione.
La sicurezza della batteria include l’uso normale, la sicurezza in caso di abuso, l’adattabilità ambientale e la diffusione termica in caso di immersione, regolata dalla norma GB 38031-2020 Requisiti di sicurezza per le batterie a accumulo per veicoli elettrici.
La sicurezza della ricarica riguarda la protezione contro scosse elettriche, la protezione contro il surriscaldamento, la sicurezza funzionale e l’adattabilità ambientale, con norme come GB/T 43332-2023 Requisiti di sicurezza per la ricarica e scarica conduttiva dei veicoli elettrici, GB/T 41578-2022 Requisiti tecnici e metodi di prova per la sicurezza informatica dei sistemi di ricarica dei veicoli elettrici e GB/T 39752-2021 Requisiti di sicurezza e specifiche di prova per le apparecchiature di alimentazione per veicoli elettrici.
Nel novembre 2023, è stata pubblicata e attuata la norma nazionale GB/T 43332-2023 Requisiti di sicurezza per la ricarica e scarica conduttiva dei veicoli elettrici, che stabilisce requisiti per la protezione contro scosse elettriche, il surriscaldamento, la sicurezza funzionale, l’ambiente di utilizzo e altri aspetti, definendo le condizioni di sicurezza in stati non di ricarica, durante la ricarica e dopo il termine della ricarica. Fornisce principi base per la progettazione delle funzioni di ricarica e scarica conduttiva, al fine di prevenire potenziali scosse elettriche, incendi e altri rischi.
Va notato che, nel luglio di quest’anno, il Ministero dell’Industria e della Tecnologia Informatica ha pubblicato la prima norma nazionale obbligatoria per i sistemi di ricarica dei veicoli elettrici: GB 44263-2024 Requisiti di sicurezza per i sistemi di ricarica conduttiva dei veicoli elettrici, che entrerà in vigore il 1° agosto 2025, rafforzando ulteriormente il sistema di norme per la sicurezza di ricarica e sostituzione batterie in Cina.
La sicurezza dell’industria di ricarica e sostituzione batterie è un punto focale cruciale nella costruzione delle infrastrutture di ricarica nei prossimi anni in Cina, nonché una base chiave per promuovere la diffusione e l’uso dei veicoli ad energia nuova. Recentemente, il Comitato Centrale del Partito Comunista Cinese e il Consiglio di Stato hanno pubblicato le Opinioni su accelerare la trasformazione verde completa dello sviluppo economico e sociale, che disposano di rafforzare l’infrastruttura di trasporto verde, perfezionare le reti di stazioni di ricarica (sostituzione), stazioni di rifornimento di idrogeno (alcool), energia costiera e altri, e accelerare la costruzione di sistemi intelligenti di gestione del traffico urbano.
Con gli sforzi continui del governo, delle parti coinvolte nell’industria e degli innovatori tecnologici, la sicurezza di ricarica e sostituzione batterie dei veicoli elettrici in Cina sta sviluppandosi in modo sano e sostenibile, spingendo l’industria dei veicoli ad energia nuova verso una crescita di alta qualità. Questo progresso non solo proteggerà gli utenti e le risorse, ma anche rafforzerà la posizione della Cina come leader globale nella mobilità verde, stabilendo standard di sicurezza e sostenibilità per l’industria mondiale dei veicoli elettrici.
Autore: Li Bin
Rivista: An Tian Xia (Mondo della Sicurezza)