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SAE J1772 Standard (spina di ricarica TYPE1 EV)
- Apr 16, 2017 -

SAE J1772 ( IEC Tipo 1) è uno standard nordamericano per connettori elettrici per veicoli elettrici gestito dalla SAE International e ha il titolo formale "SAE Surface Vehicle Recommended Practice J1772, SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler". [1] Copre il generale fisico, elettrico, protocollo di comunicazione e requisiti di prestazione per il sistema di carica conduttiva del veicolo elettrico e accoppiatore. L'intento è quello di definire un'architettura di sistema di ricarica conduttiva per veicoli elettrici comuni, compresi i requisiti operativi e i requisiti funzionali e dimensionali per l'ingresso del veicolo e il connettore di accoppiamento.


Storia

Il vecchio connettore Avcon, presentato qui su un Ford Ranger EV

Lo stimolo principale per lo sviluppo di SAE J1772 proveniva dal California Air Resources Board. Veicoli precedentemente elettrici come il General Motors EV1 avevano usato accoppiatori caricatori induttivi. Questi sono stati esclusi a favore dell'accoppiamento conduttivo per la fornitura di energia elettrica per la ricarica con la California Air Resources Board che stabiliva lo standard SAE J1772-2001 [2] come interfaccia di ricarica per veicoli elettrici in California nel giugno 2001. [3] Avcon ha prodotto un connettore rettangolare conforme alla specifica SAE J1772 REV NOV 2001 che era in grado di fornire fino a 6,6 kW di energia elettrica. [4] (Le foto e la descrizione di questo "connettore AVCon" rettangolare di vecchia revisione e "ingresso AVCon" sono a [5] )

Il regolamento CARB del 2001 impone l'utilizzo di SAE J1772-2001 a partire dall'anno modello 2006. I requisiti successivi richiedevano l'uso di correnti più elevate di quelle che il connettore Avcon potrebbe fornire. Questo processo ha portato alla proposta di un nuovo design del connettore rotondo di Yazaki che consente una maggiore erogazione di potenza fino a 19,2 kW erogati tramite 120-240 V CA monofase fino a 80 ampere. Nel 2008 il CARB ha pubblicato una bozza di emendamento alla sezione 1962.2, Titolo 13, che impone l'utilizzo dello standard SAE J1772 in arrivo a partire dall'anno modello del 2010. [6]

Connettore CA lento tipo 1 "J1772" (Giappone / Stati Uniti)

Il plug Yazaki che è stato costruito con il nuovo standard SAE J1772 ha completato con successo la certificazione UL. La specifica standard è stata successivamente votata dalla commissione SAE nel luglio 2009. [7] Il 14 gennaio 2010 il SAE J1772 REV 2009 è stato adottato dal SAE Motor Vehicle Council. [8] Le società che partecipano o sostengono lo standard rivisto del 2009 includono Smart, Chrysler, GM, Ford, Toyota, Honda, Nissan e Tesla.

Le specifiche del connettore SAE J1772-2009 sono state aggiunte allo standard internazionale IEC 62196-2 ("Parte 2: requisiti di compatibilità dimensionale e intercambiabilità per accessori pin e tubi di contatto") con la votazione sulle specifiche finali da chiudere nel maggio 2011. [9] Il connettore SAE J1772 è considerato un'implementazione di tipo 1 che fornisce un accoppiatore monofase. [10]

Equipaggiamento del veicolo

Il SAE J1772-2009 è stato adottato dai costruttori di veicoli elettrici post-2000 come la terza generazione di Chevrolet Volt e Nissan Leaf come i primi modelli. Il connettore è diventato un equipaggiamento standard sul mercato statunitense a causa della disponibilità di stazioni di ricarica con quel tipo di spina nella rete di veicoli elettrici della nazione (con l'aiuto di finanziamenti come il programma ChargePoint America che concede sovvenzioni dalle disposizioni dell'American Recovery and Reinvestment Act) .

Le versioni europee sono state equipaggiate con un ingresso SAE J1772-2009 fino a quando l'industria automobilistica non ha optato per il connettore IEC tipo 2 "Mennekes" come ingresso standard, poiché tutti i connettori IEC utilizzano lo stesso protocollo di segnalazione SAE J1772. con ingresso SAE J1772-2009 o ingresso IEC Tipo 2 a seconda del mercato. Sono disponibili anche adattatori (passivi) in grado di convertire J1772-2009 in IEC Tipo 2 e viceversa. L'unica differenza è che la maggior parte delle versioni europee ha un caricatore a bordo che può sfruttare l'energia elettrica trifase con limiti di tensione e corrente più elevati anche per lo stesso modello di base del veicolo elettrico (come Chevrolet Volt / Opel Ampera).

Sistema di ricarica combinato (CCS)

Articolo principale: Sistema di ricarica combinato Tipo 1 CCS CA lento e connettore CC veloce

SAE sta sviluppando una variante Combo Coupler del connettore J1772-2009 con pin aggiuntivi per consentire una rapida ricarica DC a 200-450 volt CC e fino a 90 kW. Questo utilizzerà anche la tecnologia Power Line Carrier per comunicare tra il veicolo, il caricatore esterno e la smart grid. [11] Sette produttori di automobili (Audi, BMW, Daimler, Ford, General Motors, Porsche, Volvo e Volkswagen) avevano concordato di introdurre il "Combined Charging System" a metà 2012. [12] I primi veicoli che utilizzavano la spina SAE Combo furono la BMW i3 rilasciata alla fine del 2013, e la Chevrolet Spark EV fu lanciata nel 2014. [13] In Europa, l'accoppiatore combinato si basa sul connettore di carica AC Tipo 2 (VDE) mantenimento della piena compatibilità con le specifiche SAE per la ricarica CC e il protocollo GreenPHY PLC. [14]

Proprietà

Connettore

Il connettore J1772-2009 è progettato per sistemi elettrici monofase con 120 V o 240 V come quelli utilizzati in Nord America e Giappone. Il connettore rotondo di 43 millimetri di diametro ha cinque pin, con tre diverse dimensioni dei pin (a partire dal più grande), per ciascuno di:

  • Linea AC 1 e Linea 2

  • Pin di terra

  • Rilevamento di prossimità e pilota di controllo

Rilevamento di prossimità
Impedisce il movimento della vettura mentre è collegato al caricabatterie.
Pilota di controllo
Linea di comunicazione utilizzata per coordinare il livello di carica tra l'auto e il caricatore, nonché altre informazioni.

Un'onda quadra a 1 kHz a ± 12 volt generata dall'apparecchiatura di alimentazione del veicolo elettrico (EVSE, ovvero la stazione di ricarica) sul pilota di controllo per rilevare la presenza del veicolo, comunicare la corrente di carica massima consentita e controllare la carica. [15]

Il connettore è progettato per resistere a 10.000 cicli di accoppiamento (una connessione e una disconnessione) e all'esposizione agli elementi. Con 1 ciclo di accoppiamento al giorno, la vita utile del connettore dovrebbe superare i 27 anni.

ricarica

Lo standard J1772 definisce due livelli di carica: [8]


Voltaggio Fase Corrente di picco Energia
Livello AC 1 120 V Monofase 16 A 1,92 kW
AC Livello 2 240 V Fase di split 32 A (2001)
80 A (2009)
7,68 kW
19,20 kW

Il comitato SAE J1772 ha anche proposto un connettore DC basato sulla forma del connettore AC SAE J1772-2009 con DC e pin di messa a terra aggiuntivi per supportare la ricarica a 200-450 V DC e 80 A (36 kW) per DC Level 1 e fino a 200 A (90 kW) per DC Level 2 [16] dopo aver valutato il connettore J1772-2009 rispetto ad altri modelli, incluso il connettore JARI / TEPCO utilizzato dal protocollo di ricarica rapida CHAdeMO DC. [17] I livelli di carica SAE DC livello 3 non sono stati determinati, ma lo standard esistente a partire dal 2009 ha il potenziale di caricare a 200-600 V CC a un massimo di 400 A (240 kW).

Ad esempio, un caricabatterie da 240 kW che carica un veicolo plug-in, come la BMW i3 con estensione della gamma che ottiene 100 miglia per 21,7 kWh (155 MPGe, 217 Wh per miglio), otterrebbe circa 18 miglia di raggio al minuto che un autista trascorre la ricarica per tutta la vita dell'auto. Per mettere questo in prospettiva, la Ford Taurus FWD 3.5L, che l'EPA paragona come una media nuova auto a benzina, ottiene 23 MPG, il che significa che una pompa di benzina che pompa a 7 galloni al minuto fornisce 161 miglia di raggio per ogni minuto che un autista spende pompaggio di gas per tutta la vita dell'auto. [18]

Sicurezza

Lo standard J1772 include diversi livelli di protezione dagli urti, garantendo la sicurezza della ricarica anche in condizioni di bagnato. Fisicamente, i piedini di connessione sono isolati all'interno del connettore quando accoppiato, assicurando l'assenza di accesso fisico a quei pin. Quando non sono accoppiati, i connettori J1772 non hanno tensioni di alimentazione sui pin, [19] e la carica non scorre fino a quando non viene comandato dal veicolo. [17]

I pin di alimentazione sono di prima scelta e di ultima generazione. Se la spina si trova nella porta di ricarica del veicolo e si carica, e viene rimossa, il pilota di controllo e il perno di rilevamento di prossimità si romperanno per primi, causando l'apertura del relè di alimentazione nella stazione di ricarica, interrompendo tutto il flusso di corrente verso la spina J1772. Ciò impedisce qualsiasi arco sui pin di alimentazione, prolungandone la durata. Il perno di rilevamento della prossimità è anche collegato a un interruttore che viene attivato quando si preme il pulsante di disconnessione fisica quando si rimuove il connettore dal veicolo. Questo fa sì che la resistenza cambi sul perno di prossimità che comanda il caricatore di bordo del veicolo per interrompere la corrente di prelievo immediatamente prima che il connettore venga estratto.

segnalazione

Il protocollo di segnalazione è stato progettato in modo che [17]

Circuito di segnalazione J1772

  • alimentazione segnali di alimentazione presenza di alimentazione in ingresso CA.

  • il veicolo rileva la spina tramite il circuito di prossimità (quindi il veicolo può impedire la guida mentre è collegato)

  • iniziano le funzioni del pilota di controllo

    • l'equipaggiamento di alimentazione rileva il veicolo elettrico plug-in

    • l'equipaggiamento di alimentazione indica la disponibilità del veicolo elettrico (PEV) plug-in per fornire energia

    • I requisiti di ventilazione del PEV sono determinati

    • fornire la capacità di corrente dell'attrezzatura fornita al PEV

  • PEV comanda il flusso di energia

  • Le apparecchiature PEV e di alimentazione monitorano continuamente la continuità della messa a terra di sicurezza

  • carica continua come determinato da PEV

  • la carica può essere interrotta staccando la spina dal veicolo

Le specifiche tecniche sono state descritte per prime nella versione 2001 di SAE J1772 e successivamente IEC 61851-1 e IEC TS 62763: 2013. La stazione di ricarica mette 12 V sul pilota di contatto (CP) e il pilota di prossimità (anche, plug presente, PP) che misura le differenze di tensione. Questo protocollo non richiede circuiti integrati, che sarebbero necessari per altri protocolli di ricarica, rendendo il SAE J1772 robusto e utilizzabile in un intervallo di temperatura compreso tra -40 ° C e +85 ° C.

La stazione di ricarica invia un'onda quadra a 1 kHz sul pilota di contatto che viene collegata alla terra protetta sul lato del veicolo mediante un resistore e un diodo (intervallo di tensione ± 12,0 ± 0,4 V). I fili sotto tensione delle stazioni di ricarica pubbliche sono sempre guasti se il circuito CP-PE (protezione di terra) è aperto, sebbene lo standard consenta una corrente di carica come nella Modalità 1 (massimo 16 A). Se il circuito è chiuso, la stazione di ricarica può anche testare la messa a terra di protezione. Il veicolo può richiedere uno stato di carica impostando un resistore; utilizzando 2,7 kΩ viene annunciato un veicolo compatibile con la modalità 3 ( veicolo rilevato ) che non richiede la ricarica. Passando a 880 Ω il veicolo è pronto per essere caricato e passando a 240 Ω il veicolo richiede una ricarica di ventilazione, nel qual caso la potenza di ricarica viene fornita solo se l'area è ventilata (es. All'esterno). La stazione di ricarica può utilizzare il segnale d'onda per descrivere la corrente massima disponibile dalla stazione di ricarica con l'aiuto della modulazione di larghezza d'impulso: un PWM del 16% è un massimo di 10 A, un PWM del 25% è un massimo di 16 A, un 50 % PWM è un 32 A massimo e un 90% PWM contrassegna un'opzione di addebito veloce. [20]

Gli esempi di circuiti pilota in SAE J1772: 2001 mostrano che il loop di corrente CP-PE è collegato in modo permanente tramite una resistenza da 2,74 kΩ che fa scendere la tensione da +12 V a +9 V quando un cavo è collegato alla stazione di ricarica che attiva il generatore di onde. La ricarica viene attivata dall'auto aggiungendo una resistenza da 1.3 kΩ parallela che provoca una caduta di tensione a +6 V o aggiungendo un resistore parallelo da 270 Ω per una ventilazione richiesta con conseguente caduta di tensione a +3 V. Quindi la stazione di ricarica può reagire controllando solo l'intervallo di tensione presente sul loop CP-PE. [21] Si noti che il diodo provocherà solo una caduta di tensione nell'intervallo positivo; qualsiasi tensione negativa sul circuito CP-PE spegne la corrente come un errore fatale (come toccare i pin).

Stato base Stato di ricarica Resistenza, CP-PE Resistenza, R2 Voltaggio, CP-PE
Stato A Pausa Apri o ∞ Ω
+12 V
Stato B Veicolo rilevato 2740 Ω
+ 9 ± 1 V
Stato C Pronto (in carica) 882 Ω 1300 Ω + 6 ± 1 V
Stato D Con ventilazione 246 Ω 270 Ω + 3 ± 1 V
Stato E Nessuna alimentazione (spento)

0 V
Stato F Errore

-12 V

Il ciclo di lavoro PWM del segnale CP a 1 kHz indica la corrente di rete massima consentita. Secondo il SAE comprende presa, cavo e ingresso del veicolo. Negli Stati Uniti, la definizione dell'ampiezza (capacità ampere o capacità corrente) viene suddivisa per operazioni continue e di breve durata. [20] Il SAE definisce il valore di amplificazione che deve essere derivato da una formula basata sul ciclo completo di 1 ms (del segnale a 1 kHz) con un valore massimo dell'amperaggio continuo pari a 0,6 A per 10 μs (con i più bassi 100 μs che danno 6 A e il più alto 800 μs dando 48 A). [21]

Ciclo di lavoro PWM che indica la capacità dell'ampere [20]
PWM SAE continuo SAE a breve termine
50% 30 A 36 Un picco
40% 24 A 30 A picco
30% 18 A 22 Un picco
25% 15 A 20 Un picco
16% 9.6 A
10% 6 A

Il pin, PP, è anche nominato plug come il pinout di esempio SAE J1772 descrive l'interruttore, S3, come collegato meccanicamente all'attuatore di rilascio del connettore. Durante la ricarica, il lato EVSE collega il loop PP-PE tramite S3 e un R6 da 150 Ω; quando si apre l'attuatore di rilascio, viene aggiunto un R7 da 330 Ω nel circuito PP-PE sul lato EVSE che fornisce uno spostamento di tensione sulla linea per consentire al veicolo elettrico di avviare uno spegnimento controllato prima della effettiva disconnessione dei pin di alimentazione della carica. Tuttavia, molti cavi adattatori di bassa potenza non offrono il rilevamento dello stato dell'attuatore di blocco sul pin PP.

Comunicazione powerline P1901

In uno standard aggiornato previsto per il 2012, SAE propone di utilizzare la comunicazione in linea elettrica, in particolare IEEE 1901, tra il veicolo, la stazione di ricarica esterna e la rete intelligente, senza richiedere un pin aggiuntivo; SAE e l'IEEE Standards Association condividono i loro progetti di standard relativi alla rete intelligente e all'elettrificazione dei veicoli. [22]

La comunicazione P1901 è compatibile con altri standard 802.x tramite lo standard IEEE 1905, consentendo comunicazioni arbitrarie basate su IP con il veicolo, il misuratore o il distributore e l'edificio in cui si trovano i caricabatterie. P1905 include le comunicazioni wireless. In almeno un'implementazione, la comunicazione tra la DC EVSE e il PEV off-board avviene sul cavo pilota del connettore SAE J1772 tramite la comunicazione della linea elettrica HomePlug Green PHY (PLC). [23] [24] [25]

Stazioni di ricarica compatibili

In Nord America e Giappone, la Chevrolet Volt, [26] Nissan Leaf, [27] Mitsubishi i-MiEV, Toyota Prius Plug-in Hybrid, Smart electric drive e Kia Soul EV sono tutti dotati di cavi di ricarica portatili da 120 V che uniscono 120 Spina di alimentazione V alla presa J1772 dell'auto; nei paesi in cui l'elettricità della rete domestica 220-230 V è comune, i cavi EVSE portatili comunemente forniti con il veicolo possono eseguire una carica di livello 2 da una presa di rete domestica, anche se a una corrente inferiore rispetto a una stazione di ricarica dedicata ad alta corrente.

I prodotti compatibili con SAE J1772-2009 includono:

  • Stazione di ricarica domestica AeroVironment per Nissan Leaf [28]

  • BTCPower (Broadband TelCom Power, Inc.), il primo SAE DC Fast Charger disponibile in commercio negli Stati Uniti [29] [30]

  • Stazioni di ricarica domestiche Bosch Power Max

  • I prodotti ClipperCreek includono CS-40, [31] LCS-25 [32] e LCS-25p, [33] HCS-40. [34] Il prodotto con l'amperaggio di carica più elevato è CS-100. [35]

  • ChargePoint CT4000 più recente caricabatterie intelligente, gestione dei cavi, servizi di gestione delle famiglie CT500, CT2000, CT2100 e CT2020 delle stazioni di ricarica di rete ChargePoint [36]

  • EATON [2] Famiglia di stazioni di ricarica per veicoli elettrici della stazione Pow-R [37]

  • Stazioni di ricarica stand-alone commerciali ECOtality Blink a parete e commerciali [38] [39]

  • Motore elettrico Werks JuiceBox Open Source 18 kW 75 A EVSE

  • EVSEadapters EVSE240V16A 240V 16A Portable Level 2 EVSE

  • EVoCharge - Reel retrattile EVSE progettato per supportare i mercati residenziali, commerciali e industriali.

  • GE Wattstation disponibile nel 2011 [40]

  • Linea di stazioni di carica GoSmart Technologies ChargeSPOT

  • La famiglia di stazioni di ricarica "UP" di GRIDbot

  • Hubbell PEP Stations - http://www.hubbell-wiring.com/press/pdfs/WLDEE001.pdf

  • Leviton evr-green [sic] stazioni di ricarica domestiche a diversi livelli di potenza, con kit pre-wire separato che ne consente l'inserimento in una presa NEMA 6 da 240 V [41]

  • Soluzioni di ricarica EVLink Schneider Electric / Square D per soluzioni di ricarica residenziale, commerciale e di flotta.

  • Siemens VersiCharge per la ricarica EV a livello residenziale, semi-pubblico e di livello 2 della flotta.

  • Stazioni di ricarica SemaConnect ChargePro

  • Shorepower Technologies ePump linea di EVSE completamente personalizzabile; soluzioni interne ed esterne per auto e camion.

  • TucsonEV - Scatole adattatore J1772, prolunghe J1772, prese e spinotti con e senza cavo, EV17 compatibile J1772 per 240 V / 30 A, adattatore da moto zero a J1772, conversione da Tesla UMC a J1772, cavo elencato UL 30A e 40A EV.

  • La gamma di prodotti CIRCONTROL CIRCARLIFE comprende l'infrastruttura di ricarica EV con unità di montaggio a parete ea parete con standard J1772

  • Progetto OpenEVSE: Open Source Design per EVSE.

  • Caricatore di eStation Level-2 di Vega. Parte della rete chargeNET in Sri Lanka



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