SAE J1772 , также известный как разъем J или разъем типа 1 по названию его международного стандарта IEC 62196 Type 1, является североамериканским стандартом для электрических разъемов для электромобилей , поддерживаемым SAE International под официальным названием «Рекомендуемая практика SAE для наземных транспортных средств J1772, SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler». [1]
SAE поддерживает общие физические, электрические, коммуникационные протоколы и требования к производительности для системы и соединителя проводящей зарядки электромобиля. Цель состоит в том, чтобы определить общую архитектуру системы проводящей зарядки электромобиля, включая эксплуатационные требования, а также функциональные и размерные требования к входу транспортного средства и ответному разъему.
Стандарт J1772 5-контактный поддерживает широкий диапазон скоростей зарядки однофазного (1φ) переменного тока (AC). Они варьируются от портативных устройств, которые могут подключаться к бытовой розетке NEMA 5-15 , которая может выдавать 1,44 кВт (12 А при 120 В), до проводного оборудования, которое может выдавать до 19,2 кВт (80 А при 240 В). [2] Эти разъемы иногда неофициально называют зарядными устройствами, но они являются « оборудованием для электромобиля » (EVSE), поскольку они только подают переменный ток на бортовое зарядное устройство автомобиля, которое затем преобразует его в постоянный ток (DC), необходимый для подзарядки аккумулятора.
Разъем Combo 1 комбинированной системы зарядки (CCS) создан на основе стандарта, с двумя дополнительными контактами для быстрой зарядки постоянным током мощностью до 350 кВт.
Основным стимулом для разработки SAE J1772 стал Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (CARB). Ранние электромобили, такие как General Motors EV1 и Toyota RAV4 EV, использовали Magne Charge (SAE J1773), индуктивную систему. CARB отказался от индуктивной технологии в пользу кондуктивной связи для подачи электроэнергии для подзарядки. В июне 2001 года CARB принял стандарт SAE J1772-2001 в качестве интерфейса зарядки для электромобилей в Калифорнии. [3] [4] Эта ранняя версия разъема была изготовлена Avcon и имела прямоугольный разъем, способный выдавать до 6,6 кВт электроэнергии. [5] [6] Калифорнийские правила предписывали использование SAE J1772-2001, начиная с модельного года 2006.
CARB позже запросил более высокую подачу тока, чем 6,6 кВт, которые поддерживал стандарт J1772 (Avcon) 2001 года. Этот процесс привел к предложению Yazaki новой конструкции круглого разъема , которая позволяла увеличить подачу мощности до 19,2 кВт, подаваемой через однофазный переменный ток напряжением 120–240 В при силе тока до 80 ампер. В 2008 году CARB опубликовал новый стандарт, который предписывал использование нового разъема, начиная с модельного года 2010 года; [7] он был одобрен в 2012 году. [8]
Вилка Yazaki, созданная по новому стандарту SAE J1772, успешно прошла сертификацию в UL . Впоследствии спецификация стандарта была принята комитетом SAE в июле 2009 года. [9] 14 января 2010 года Совет по автотранспортным средствам SAE принял SAE J1772 REV 2009. [10] Компании, участвующие в пересмотренном стандарте 2009 года или поддерживающие его, включают smart , Chrysler , GM , Ford , Toyota , Honda , Nissan , Rivian и Tesla .
Спецификация разъема SAE J1772-2009 впоследствии была добавлена в международный стандарт IEC 62196-2 («Часть 2: Требования к размерной совместимости и взаимозаменяемости для штыревых и контактных трубчатых принадлежностей переменного тока»), а голосование по окончательной спецификации было запланировано на май 2011 года. [11] [ требуется обновление ] Разъем SAE J1772 считается реализацией «Типа 1», обеспечивающей однофазный соединитель. [12]
SAE J1772-2009 был принят производителями электромобилей в Chevrolet Volt и Nissan Leaf . Разъем стал стандартным оборудованием на рынке США из-за наличия зарядных станций, поддерживающих его в национальной сети электромобилей (благодаря финансированию, такому как программа ChargePoint America, привлекающая гранты из Закона о восстановлении и реинвестировании Америки). [13] [14]
Европейские версии также были оснащены входом SAE J1772-2009, пока автомобильная промышленность не остановилась на разъеме IEC Type 2 «Mennekes» в качестве стандартного входа — поскольку все разъемы IEC используют один и тот же протокол сигнализации SAE J1772, автопроизводители продают автомобили либо с входом SAE J1772-2009, либо с входом IEC Type 2 в зависимости от регионального рынка. Также доступны (пассивные) адаптеры, которые могут преобразовывать J1772-2009 в IEC Type 2 и наоборот. Единственное отличие заключается в том, что большинство европейских версий имеют встроенное зарядное устройство, которое может использовать трехфазное электропитание с более высокими пределами напряжения и тока даже для той же базовой модели электромобиля (например, Chevrolet Volt/Opel Ampera ). [ необходима цитата ]
В 2011 году SAE разработала вариант J1772/CCS Combo Coupler разъема J1772-2009, чтобы также поддерживать стандарт комбинированной системы зарядки для быстрой зарядки постоянным током (DC), который включает стандартный 5-контактный разъем J1772 вместе с двумя дополнительными более крупными контактами для поддержки быстрой зарядки постоянным током. Combo 1 обеспечивает зарядку при напряжении 200–920 вольт постоянного тока и мощности до 350 кВт.[1] [ требуется обновление ] Комбинированный разъем также будет использовать технологию связи по линии электропередачи для связи между транспортным средством, внешним зарядным устройством и интеллектуальной сетью. [15] Семь автопроизводителей (Audi, BMW, Daimler, Ford, General Motors, Hyundai, Porsche, Volvo и Volkswagen) договорились в конце 2011 года о внедрении комбинированной системы зарядки в середине 2012 года. [16] Первыми автомобилями, использующими вилку SAE Combo, стали BMW i3, выпущенный в конце 2013 года, и Chevrolet Spark EV, выпущенный в 2014 году. [17]
В Европе комбинированный соединитель основан на разъеме для зарядки переменного тока Type 2 (VDE) (Combo 2), сохраняя полную совместимость со спецификацией SAE для зарядки постоянным током и протоколом HomePlug Green PHY PLC. [18] В 2019 году Tesla представила Model 3 с разъемом CCS Combo 2 в Европе, но не представила модели с CCS в США. С появлением Model 3 в Европе Tesla добавила зарядные кабели CCS к зарядным устройствам V2 (поддерживающие как CCS Combo 2, так и Tesla DC Type 2). Европейские зарядные устройства Tesla V3 включают только зарядный кабель CCS. [ необходима цитата ]
Разъем J1772-2009 предназначен для однофазных электрических систем переменного тока с напряжением 120 В или 240 В, таких как те, которые используются в Северной Америке и Японии. Круглый разъем диаметром 43 мм (1,7 дюйма) имеет ключ и пять контактов (вид снаружи вилки): [19]
Разъем рассчитан на 10 000 циклов сопряжения (подключение и отключение) и воздействие стихии. При 1 цикле сопряжения в день срок службы разъема должен превышать 27 лет. [22]
Вилка SAE J1772 или Type 1 фиксируется в автомобиле с помощью крючка, который управляется вручную, в основном нажатием кнопки большим пальцем, что прерывает питание. Это позволяет любому человеку остановить зарядку и даже украсть кабель. Чтобы предотвратить это, европейский разъем IEC 62196 Type 2 имеет отверстия сбоку для автоматической блокировки и разблокировки, управляемые владельцем автомобиля с помощью пульта дистанционного управления. Если автомобиль блокирует или разблокирует свою вилку, зарядное устройство последует его примеру в соответствии с сигналом PP.
Кроме того, порт зарядки на многих современных автомобилях с разъемом J1772 имеет выдвижной штифт, который блокирует подъем защелки J1772. Выдвижение этого штифта делает невозможным подъем защелки разблокировки. Таким образом, автомобиль может предотвратить извлечение подключенного разъема J1772. Это важно для реализации CCS, где разъем не предназначен для прерывания сильного постоянного тока зарядки.
Стандарт SAE J1772-2017 определяет четыре уровня зарядки: уровень переменного тока 1 , уровень переменного тока 2 , уровень постоянного тока 1 и уровень постоянного тока 2. [ 23] Ранее выпущенные версии J1772 также содержали никогда не реализованный уровень переменного тока 3 , который рассматривался, но так и не был реализован.
Например, Chevrolet Bolt 2020 года имеет литий-ионную батарею емкостью 66 кВт·ч и встроенный зарядный модуль мощностью 7,2 кВт; с запасом хода по EPA в 259 миль (417 км) и энергоэффективностью 118 миль на галлон‑э (29 кВт⋅ч/100 миль; 17,7 кВт⋅ч/100 км) [25] он может использовать свой портативный зарядный шнур для зарядки на уровне переменного тока 1 (120 В, 12 А), чтобы получить до 4 миль (6,4 км) запаса хода в час, или использовать зарядное устройство переменного тока уровня 2 (240 В, 32 А), чтобы получить до 25 миль (40 км) запаса хода в час. Используя дополнительный порт быстрой зарядки постоянного тока (DCFC), эта модель также может заряжаться при мощности до 55 кВт, чтобы получить до 90 миль (140 км) запаса хода за полчаса.
Другие электромобили, использующие архитектуру аккумулятора 800 В (например, на платформе Hyundai E-GMP ), могут заряжаться гораздо быстрее. По данным Hyundai, «с зарядным устройством постоянного тока мощностью 350 кВт IONIQ 5 может заряжаться с 10 до 80 процентов всего за 18 минут. Согласно циклу WLTP, пользователям IONIQ 5 нужно заряжать автомобиль всего пять минут, чтобы получить запас хода в 100 км». [26] Эти автомобили способны принимать до 230 кВт до примерно 50% состояния заряда , что позволяет этим автомобилям заряжаться намного быстрее, чем аналогичные электромобили с аккумуляторами более низкого напряжения.
Некоторые электромобили имеют расширенный J1772, позволяющий зарядку переменного тока уровня 1 (120 В) при силе тока более 16 ампер. Это полезно, например, в автокемпингах , где распространены розетки TT-30 («Travel Trailer» — 120 В, 30 А). Они позволяют производить зарядку при силе тока до 24 ампер. Однако этот уровень зарядки 120 В не был кодифицирован в J1772.
Еще одно расширение, поддерживаемое Североамериканской системой зарядки , — зарядка уровня 2 при напряжении 277 В. Как и 208 В, напряжение 277 В обычно встречается в североамериканских коммерческих трехфазных цепях.
Стандарт J1772 включает несколько уровней защиты от ударов, обеспечивая безопасность зарядки даже во влажных условиях. Физически, соединительные штыри изолированы на внутренней стороне разъема при сопряжении, что обеспечивает отсутствие физического доступа к этим штырям. Когда разъемы J1772 не сопряжены, они не имеют питания на штырях; [27] они не включены, пока не будет получена команда от транспортного средства. [28]
Контакт обнаружения приближения подключен к переключателю в кнопке разъединения разъема. Нажатие кнопки разъединения приводит к тому, что транспортное средство прекращает потреблять ток. При извлечении разъема сначала отключается более короткий контрольный контакт управления, заставляя EVSE сбрасывать питание на разъем. Это также гарантирует, что контакты питания не будут отключаться под нагрузкой, вызывая дуги и сокращая их срок службы. Контакт заземления длиннее других контактов, поэтому он отключается последним.
Протокол сигнализации был разработан для следующей последовательности зарядки. [28]
Техническая спецификация была впервые описана в версии SAE J1772 2001 года, а затем в IEC 61851 -1 и IEC TS 62763:2013. Зарядная станция подает 12 В на Control Pilot (CP) и Proximity Pilot (AKA Plug Present: PP), измеряя разницу напряжений. Этот протокол не требует интегральных схем, которые потребовались бы для других протоколов зарядки, что делает SAE J1772 надежным и работоспособным в диапазоне температур от −40 °C до +85 °C.
Control Pilot (Mode) : зарядная станция посылает прямоугольный сигнал частотой 1 кГц на контрольный пилот, который подключен обратно к защитному заземлению на стороне транспортного средства с помощью резистора и диода (диапазон напряжения ±12,0 ± 0,4 В). Провода под напряжением общественных зарядных станций всегда обесточены, если цепь CP–PE ( защитное заземление ) разомкнута, хотя стандарт допускает зарядный ток, как в режиме 1 (максимум 16 А). Если цепь замкнута, зарядная станция также может проверить, что защитное заземление работоспособно. Транспортное средство может запросить определенную функцию зарядки, установив сопротивление между контактами CP и PE; 2,7 кОм объявляет о транспортном средстве, совместимом с режимом 3 ( обнаруженное транспортное средство ), которое не требует зарядки. 880 Ом говорит о том, что транспортное средство готово к зарядке, а 240 Ом запрашивает зарядку с вентиляцией , в этом случае зарядные станции подают зарядное питание только в том случае, если область проветривается (т. е. на открытом воздухе).
Примеры схем линии Control Pilot в SAE J1772:2001 показывают, что токовая петля CP–PE постоянно подключена со стороны транспортного средства через резистор 2,74 кОм, что приводит к падению напряжения с +12 В до +9 В при подключении кабеля к зарядной станции, что активирует генератор волн. Зарядка активируется транспортным средством путем добавления параллельного резистора 1,3 кОм, что приводит к падению напряжения до +6 В, или путем добавления параллельного резистора 270 Ом для необходимой вентиляции, что приводит к падению напряжения до +3 В. Следовательно, зарядная станция может реагировать, только проверяя диапазон напряжения, присутствующий в петле CP–PE. [29] Обратите внимание, что диод будет вызывать падение напряжения только в положительном диапазоне; любое отрицательное напряжение в петле CP–PE блокируется D1 в транспортном средстве, любой значительный ток, который течет в петле CP–PE в течение отрицательного периода, отключит ток, что будет считаться фатальной ошибкой (например, прикосновение к контактам).
Для штепсельных вилок IEC62196-2 штыревой контакт Control Pilot сделан короче, чтобы предотвратить использование непривязанных кабелей в качестве «удлинителей». Это предотвращает использование нисходящих кабелей, которые могут иметь меньшую допустимую силу тока, для подключения к кабелю с более высоким номинальным током.
Control Pilot (ограничение тока) : зарядная станция может использовать волновой сигнал для описания максимального тока, доступного через зарядную станцию, с помощью широтно-импульсной модуляции : 16% ШИМ — это максимум 10 А, 25% ШИМ — это максимум 16 А, 50% ШИМ — это максимум 32 А, а 90% ШИМ указывает на опцию быстрой зарядки. [30]
Рабочий цикл ШИМ сигнала CP 1 кГц указывает максимально допустимый ток сети. Согласно SAE, он включает розетку, кабель и вход транспортного средства. В США определение токовой нагрузки (ампероемкости или токовой нагрузки) разделено на непрерывную и кратковременную работу. [30] SAE определяет значение токовой нагрузки, которое должно быть получено по формуле, основанной на полном цикле 1 мс (сигнала 1 кГц) с максимальным непрерывным номинальным током 0,6 А на 10 мкс до 850 мкс (с минимальным (100 мкс/10 мкс) × 0,6 А = 6 А). Выше 850 мкс формула требует вычитания 640 мкс и умножения разницы на 2,5. Например, ((960 мкс − 640 мкс)/10 мкс) × 2,5 А = 80 А. [29]
Бесконтактный штифт PP (также известный как наличие штекера ), как показано в примере распиновки SAE J1772, описывает переключатель S3 как механически связанный с приводом разблокировки защелки разъема. Во время зарядки сторона EVSE подключает контур PP–PE через S3 и 150 Ω R6; при открытии привода разблокировки в контур PP–PE на стороне EVSE добавляется 330 Ω R7, что обеспечивает сдвиг напряжения на линии, позволяя электромобилю инициировать контролируемое отключение до фактического отключения контактов питания заряда. Однако многие кабели адаптера малой мощности не обеспечивают обнаружение состояния запирающего привода на контакте PP.
В соответствии со стандартом IEC 62196 бесконтактный штифт также используется для указания емкости кабеля — это актуально для непривязанных EVSE.
Резистор кодируется на максимальную токовыносливость кабельной сборки. EV прерывает подачу тока, если токовая нагрузочная способность кабеля превышена, что определяется измерением Rc (показано как R6 в сигнальной цепи J1772 выше), как определено значениями для рекомендуемого диапазона интерпретации.
Rc размещается между PP и PE внутри разъемной кабельной сборки.
[31]
В обновленном стандарте, который должен выйти в 2012 году, SAE предлагает использовать связь по линиям электропередач , в частности IEEE 1901 , между транспортным средством, внешней зарядной станцией и интеллектуальной сетью , не требуя дополнительного контакта; SAE и Ассоциация стандартов IEEE делятся своими проектами стандартов, связанных с интеллектуальной сетью и электрификацией транспортных средств. [32]
Связь P1901 совместима с другими стандартами 802.x через стандарт IEEE 1905 , что позволяет осуществлять произвольную связь на основе IP с транспортным средством, счетчиком или дистрибьютором, а также со зданием, где расположены зарядные устройства. P1905 включает беспроводную связь. По крайней мере в одной реализации связь между внешним DC EVSE и PEV происходит по контрольному проводу разъема SAE J1772 через линию электропередачи HomePlug Green PHY (PLC). [33] [34] [35]
Конкурирующее предложение, известное как разъем Mennekes, инициированное RWE и Daimler, было стандартизировано в IEC 62196 2011 года как разъем Type 2. Он был широко принят в качестве стандартного одно- и трехфазного соединителя Европейского союза . [12] [36] Разъем принял те же протоколы для пилотного контакта, что и J-Plug J1772. Спецификация IEC допускает до 63 А и 43,6 кВт. В 2018 году комитет SAE J3068 выпустил усовершенствование разъема ЕС, адаптированное для североамериканского промышленного рынка, допускающее до 160 А / 166 кВт на мощности 3φ .
В том же стандарте IEC 62196-2 также указана пара соединителей типа 3 от Scame Global, обеспечивающих одно- и трехфазный соединитель со шторками. [12] После одобрения IEC в 2016 году небольшой модификации соединителя Mennekes, опционально допускающей шторки, тип 3 был исключен из списка рекомендуемых.
Компания Tokyo Electric Power Company разработала спецификацию исключительно для быстрой зарядки автомобилей постоянным током высокого напряжения с использованием разъема постоянного тока JARI и сформировала ассоциацию CHAdeMO ( charge de move , эквивалент «зарядка для движения») с японскими автопроизводителями Mitsubishi , Nissan и Subaru для ее продвижения. [37]
.jpg/1280px-Charging_Plug_(5462096910).jpg)
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )Стандартизация систем взимания платы
ARB одобрил предложение персонала по выбору системы токопроводящей зарядки, используемой Ford, Honda и несколькими другими производителями.
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )Раздел 1962.3. Требования к зарядке электромобилей
Underwriters Laboratories завершила сертификационные испытания разъема, разработанного
Yazaki
.
J3068 использует европейский соединитель Type 2, 5 проводов с нейтралью и добавляет простой, надежный, недорогой и устоявшийся канал передачи данных: ширина импульса
LIN
такая же, как и 5%
PWM
, поэтому фильтры не меняются.
Когда стандартный разъем J1772 (как на Volt) отсоединен от автомобиля, на контактах нет напряжения.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )