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Estándar SAE J1772 (enchufe de carga TYPE1 EV)
- Apr 16, 2017 -

SAE J1772 ( IEC Tipo 1) es un estándar norteamericano para conectores eléctricos para vehículos eléctricos mantenido por SAE International y tiene el título formal "SAE Surface Vehicle Recommended Practice J1772, SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler". [1] Cubre los requisitos físicos, eléctricos, de comunicación y rendimiento generales para el sistema y acoplador de carga conductiva del vehículo eléctrico. El objetivo es definir una arquitectura de sistema de carga conductiva de vehículo eléctrico común que incluya requisitos operativos y los requisitos funcionales y dimensionales para la entrada del vehículo y el conector de acoplamiento.


Historia

El conector Avcon más antiguo, presentado aquí en un Ford Ranger EV

El principal estímulo para el desarrollo de SAE J1772 provino de la Junta de Recursos del Aire de California. Los vehículos anteriormente eléctricos como el General Motors EV1 habían utilizado acopladores de carga inductivos. Estos fueron descartados a favor del acoplamiento conductivo para suministrar electricidad para recargarse con la Junta de Recursos del Aire de California conformándose con el estándar SAE J1772-2001 [2] como la interfaz de carga para vehículos eléctricos en California en junio de 2001. [3] Avcon fabricó una conector rectangular que cumple con la especificación SAE J1772 REV NOV 2001 que era capaz de entregar hasta 6.6 kW de potencia eléctrica. [4] (Las fotos y la descripción de este "conector AVCon" rectangular de revisión antigua y "entrada AVCon" están en [5] )

La regulación CARB de 2001 ordenó el uso de SAE J1772-2001 a partir del año modelo 2006. Los requisitos posteriores solicitaron que se usen corrientes más altas que las que podría proporcionar el conector Avcon. Este proceso llevó a la propuesta de un nuevo diseño de conector redondo por Yazaki que permite una entrega de potencia incrementada de hasta 19.2 kW entregados a través de una sola fase de 120-240 V de CA a hasta 80 amperios. En 2008, la CARB publicó un proyecto de enmienda a la sección 1962.2, Título 13, que ordenaba el uso de la norma SAE J1772 que se aproxima desde el año modelo 2010. [6]

Conector de CA lento tipo 1 "J1772" (Japón / EE. UU.)

El enchufe Yazaki que se construyó con el nuevo estándar SAE J1772 completó con éxito la certificación en UL. La especificación estándar fue posteriormente sometida a votación por el comité SAE en julio de 2009. [7] El 14 de enero de 2010 el SAE J1772 REV 2009 fue adoptado por el SAE Motor Vehicle Council. [8] Las empresas que participan o respaldan el estándar revisado de 2009 incluyen Smart, Chrysler, GM, Ford, Toyota, Honda, Nissan y Tesla.

La especificación del conector SAE J1772-2009 se ha agregado al estándar internacional IEC 62196-2 ("Parte 2: compatibilidad dimensional y requisitos de intercambiabilidad para accesorios de clavija de contacto y tubo de contacto") con la votación de la especificación final para cerrar en mayo de 2011. [9] El conector SAE J1772 se considera una implementación de "Tipo 1" que proporciona un acoplador monofásico. [10]

Equipamiento para vehículos

El SAE J1772-2009 fue adoptado por los fabricantes de automóviles de los vehículos eléctricos post 2000 como la tercera generación del Chevrolet Volt y el Nissan Leaf como los primeros modelos. El conector se convirtió en equipamiento estándar en el mercado estadounidense debido a la disponibilidad de estaciones de carga con ese tipo de enchufe en la red nacional de vehículos eléctricos (con la ayuda de fondos tales como el programa ChargePoint America que saca subvenciones de las disposiciones de la Ley de Recuperación y Reinversión de los Estados Unidos) .

Las versiones europeas también estaban equipadas con una entrada SAE J1772-2009 hasta que la industria automotriz adoptó el conector IEC tipo 2 "Mennekes" como entrada estándar, ya que todos los conectores IEC utilizan el mismo protocolo de señalización SAE J1772 que los fabricantes de automóviles están vendiendo automóviles. con una entrada SAE J1772-2009 o una entrada IEC Tipo 2 dependiendo del mercado. También hay adaptadores (pasivos) disponibles que pueden convertir J1772-2009 a IEC Tipo 2 y viceversa. La única diferencia es que la mayoría de las versiones europeas tienen un cargador a bordo que puede aprovechar la energía eléctrica trifásica con mayores límites de voltaje y corriente incluso para el mismo modelo de vehículo eléctrico básico (como el Chevrolet Volt / Opel Ampera).

Sistema de carga combinado (CCS)

Artículo principal: Sistema de carga combinado Tipo 1 CCS lenta AC y conector rápido de CC

SAE está desarrollando una variante del acoplador combinado del conector J1772-2009 con clavijas adicionales para acomodar la carga de CC rápida a 200-450 voltios de CC y hasta 90 kW. Esto también utilizará la tecnología de Power Line Carrier para comunicarse entre el vehículo, el cargador externo y la red inteligente. [11] Siete fabricantes de automóviles (Audi, BMW, Daimler, Ford, General Motors, Porsche, Volvo y Volkswagen) acordaron introducir el "Sistema combinado de carga" a mediados de 2012. [12] Los primeros vehículos que usaron el enchufe SAE Combo fueron el BMW i3 lanzado a fines de 2013 y el Chevrolet Spark EV lanzado en 2014. [13] En Europa, el acoplador combinado se basa en el conector de carga de CA tipo 2 (VDE) manteniendo la compatibilidad total con la especificación SAE para carga DC y el protocolo PLC GreenPHY. [14]

Propiedades

Conector

El conector J1772-2009 está diseñado para sistemas eléctricos monofásicos con 120 V o 240 V, como los utilizados en Norteamérica y Japón. El conector redondo de 43 milímetros (1,7 pulgadas) de diámetro tiene cinco pasadores, con tres tamaños de pasador diferentes (empezando por el más grande), para cada uno de:

  • Línea de CA 1 y línea 2

  • Pin de tierra

  • Detección de proximidad y piloto de control

Detección de proximidad
Evita el movimiento del automóvil mientras está conectado al cargador.
Piloto de control
Línea de comunicación utilizada para coordinar el nivel de carga entre el automóvil y el cargador, así como otra información.

Una onda cuadrada de 1 kHz a ± 12 voltios generada por el equipo de suministro eléctrico del vehículo (EVSE, es decir, la estación de carga) en el piloto de control para detectar la presencia del vehículo, comunicar la máxima corriente de carga permitida y controlar la carga. [15]

El conector está diseñado para resistir 10,000 ciclos de acoplamiento (una conexión y desconexión) y la exposición a los elementos. Con 1 ciclo de apareamiento por día, la vida útil del conector debería superar los 27 años.

Cargando

El estándar J1772 define dos niveles de carga: [8]


voltaje Fase Corriente pico Poder
Nivel de CA 1 120 V Fase única 16 A 1.92 kW
Nivel de CA 2 240 V Fase dividida 32 A (2001)
80 A (2009)
7.68 kW
19.20 kW

El comité SAE J1772 también propuso un conector de CC basado en la forma del conector de CA SAE J1772-2009 con clavijas de tierra y CC adicionales para soportar la carga a 200-450 V CC y 80 A (36 kW) para el nivel 1 de CC y hasta 200 A (90 kW) para CC Nivel 2 [16] después de evaluar el conector J1772-2009 frente a otros diseños, incluido el conector JARI / TEPCO utilizado por el protocolo de carga rápida CHAdeMO DC. [17] No se han determinado los niveles de carga SAE DC nivel 3 , pero el estándar, tal como existe a partir de 2009, tiene el potencial de cargar a 200-600 V CC a un máximo de 400 A (240 kW).

Por ejemplo, un cargador de 240 kW que carga un vehículo enchufable, como el BMW i3 con extensor de alcance que obtiene 100 millas por 21.7 kWh (155 MPGe, 217 Wh por milla), obtendría aproximadamente 18 millas de alcance por minuto que un conductor gasta la carga durante toda la vida del automóvil. Para poner esto en perspectiva, el Ford Taurus FWD 3.5L, que la EPA compara como un nuevo vehículo promedio de gasolina, obtiene 23 MPG, lo que significa que una bomba de gasolina que bombea a 7 galones por minuto da 161 millas de alcance por cada minuto que un conductor gasta combustible durante toda la vida del automóvil. [18]

La seguridad

El estándar J1772 incluye varios niveles de protección contra golpes, lo que garantiza la seguridad de la carga incluso en condiciones de humedad. Físicamente, los pines de conexión están aislados en el interior del conector cuando se acoplan, lo que garantiza que no haya acceso físico a esos pines. Cuando no están acoplados, los conectores J1772 no tienen tensiones de alimentación en los pines, [19] y la potencia de carga no fluye hasta que el vehículo lo indique. [17]

Los pines de alimentación son de la variedad first-make, last-break. Si el enchufe está en el puerto de carga del vehículo y se está cargando, y se retira, el piloto de control y el pin de detección de proximidad se romperán primero y el relé de alimentación de la estación de carga se abrirá, cortando todo el flujo de corriente al enchufe J1772. Esto evita cualquier arco en los pines de alimentación, lo que prolonga su vida útil. El pin de detección de proximidad también está conectado a un interruptor que se activa al presionar el botón de desconexión física al retirar el conector del vehículo. Esto hace que la resistencia cambie en el pin de proximidad que ordena que el cargador a bordo del vehículo deje de tomar corriente inmediatamente antes de que se retire el conector.

Señalización

El protocolo de señalización se ha diseñado de modo que [17]

Circuito de señalización J1772

  • suministro de señales del equipo presencia de energía de entrada de CA

  • el vehículo detecta el enchufe a través del circuito de proximidad (por lo tanto, el vehículo puede evitar la conducción mientras está conectado)

  • las funciones piloto de control comienzan

    • el equipo de suministro detecta el vehículo eléctrico enchufable

    • el equipo de suministro indica que el vehículo eléctrico enchufable (PEV) está listo para suministrar energía

    • Los requisitos de ventilación de PEV están determinados

    • suministro de capacidad actual proporcionada a PEV

  • PEV ordena el flujo de energía

  • El PEV y el equipo de suministro monitorean continuamente la continuidad de la tierra de seguridad

  • la carga continúa según lo determinado por PEV

  • la carga se puede interrumpir desconectando el enchufe del vehículo

La especificación técnica se describió primero en la versión 2001 de SAE J1772 y posteriormente en IEC 61851-1 e IEC TS 62763: 2013. La estación de carga pone 12 V en el piloto de contacto (CP) y el piloto de proximidad (también, el presente del enchufe; PP) midiendo las diferencias de voltaje. Este protocolo no requiere circuitos integrados, que serían necesarios para otros protocolos de carga, lo que hace que el SAE J1772 sea robusto y operable a través de un rango de temperatura de -40 ° C a +85 ° C.

La estación de carga envía una onda cuadrada de 1 kHz en el piloto de contacto que está conectada de nuevo a la tierra protegida en el costado del vehículo por medio de una resistencia y un diodo (rango de voltaje ± 12.0 ± 0.4 V). Los cables activos de las estaciones de carga públicas siempre están muertos si el circuito CP-PE (tierra de protección) está abierto, aunque el estándar permite una corriente de carga como en el Modo 1 (máximo 16 A). Si el circuito está cerrado, la estación de carga también puede probar que la tierra de protección sea funcional. El vehículo puede solicitar un estado de carga configurando una resistencia; utilizando 2.7 kΩ, se anuncia un vehículo compatible con el Modo 3 ( vehículo detectado ) que no requiere carga. Cambiando a 880 Ω el vehículo está listo para ser cargado y cambiando a 240 Ω el vehículo lo solicita con carga de ventilación, en cuyo caso la energía de carga solo se suministra si el área está ventilada (es decir, al aire libre). La estación de carga puede usar la señal de onda para describir la corriente máxima disponible desde la estación de carga con la ayuda de la modulación de ancho de pulso: un 16% de PWM es un máximo de 10 A, un PWM de 25% es un máximo de 16 A, un 50 % PWM es un máximo de 32 A y un PWM de 90% marca una opción de carga rápida. [20]

Los ejemplos de circuitos de línea piloto en SAE J1772: 2001 muestran que el bucle de corriente CP-PE está conectado permanentemente a través de una resistencia de 2,74 kΩ para una caída de voltaje de +12 V a +9 V cuando un cable está conectado a la estación de carga que activa el generador de olas. La carga es activada por el automóvil al agregar resistencia paralela de 1.3 kΩ que da como resultado una caída de voltaje a +6 V o al agregar una resistencia paralela de 270 Ω para una ventilación requerida que resulta en una caída de voltaje a +3 V. Por lo tanto, la estación de carga puede reaccionar solo verificando el rango de voltaje presente en el circuito CP-PE. [21] Tenga en cuenta que el diodo solo generará una caída de voltaje en el rango positivo; cualquier voltaje negativo en el bucle CP-PE cortará la corriente considerándose un error fatal (como tocar las patillas).

Estado base Estado de carga Resistencia, CP-PE Resistencia, R2 Voltaje, CP-PE
Estado A Colocarse Abierto, o ∞ Ω
+12 V
Estado B Vehículo detectado 2740 Ω
+ 9 ± 1 V
Estado C Listo (cargando) 882 Ω 1300 Ω + 6 ± 1 V
Estado D Con ventilación 246 Ω 270 Ω + 3 ± 1 V
Estado E Sin energía (apagado)

0 V
Estado F Error

-12 V

El ciclo de trabajo PWM de la señal CP de 1 kHz indica la corriente de red máxima permitida. Según el SAE, incluye toma de corriente, cable y entrada de vehículo. En los Estados Unidos, la definición de ampacidad (capacidad de amperios o capacidad actual) se divide para operación continua y de corto plazo. [20] El SAE define el valor de ampacidad que se derivará de una fórmula basada en el ciclo completo de 1 ms (de la señal de 1 kHz) con el amperaje continuo máximo de 0,6 A por 10 μs (con los 100 μs más bajos dando 6 A) y el más alto 800 μs dando 48 A). [21]

Ciclo de trabajo PWM que indica la capacidad de amperios [20]
PWM SAE continuo SAE a corto plazo
50% 30 A 36 A pico
40% 24 A 30 A pico
30% 18 A 22 Un pico
25% 15 A 20 A pico
dieciséis% 9.6 A
10% 6 A

El pin, PP, también se denomina conector presente, ya que el pinout de ejemplo SAE J1772 describe el interruptor, S3, como vinculado mecánicamente al accionador de liberación del pestillo del conector. Durante la carga, el lado EVSE conecta el lazo PP-PE a través de S3 y un 150 Ω R6; al abrir el actuador de liberación, se agrega un R7 330 Ω en el bucle PP-PE en el lado EVSE que da un cambio de voltaje en la línea para permitir que el vehículo eléctrico inicie un apagado controlado antes de la desconexión real de los pernos de potencia de carga. Sin embargo, muchos cables adaptadores de baja potencia no ofrecen esa detección de estado de actuador de bloqueo en el pin PP.

P1901 comunicación powerline

En un estándar actualizado con vencimiento en 2012, SAE propone utilizar la comunicación de la línea eléctrica, específicamente IEEE 1901, entre el vehículo, la estación de carga externa y la red inteligente, sin necesidad de un pin adicional; SAE y la Asociación de Estándares IEEE comparten sus proyectos de normas relacionadas con la red eléctrica inteligente y la electrificación de vehículos. [22]

La comunicación P1901 es compatible con otros estándares 802.x a través del estándar IEEE 1905, lo que permite comunicaciones arbitrarias basadas en IP con el vehículo, medidor o distribuidor y el edificio donde se encuentran los cargadores. P1905 incluye comunicaciones inalámbricas. En al menos una implementación, la comunicación entre el DC EVSE y el PEV fuera de placa ocurre en el cable piloto del conector SAE J1772 a través de la comunicación de la línea de alimentación (PLC) Green PHY de HomePlug. [23] [24] [25]

Estaciones de carga compatibles

En América del Norte y Japón, el Chevrolet Volt, [26] Nissan Leaf, [27] Mitsubishi i-MiEV, Toyota Prius Plug-in Hybrid, unidad eléctrica inteligente y Kia Soul EV vienen con cables de carga portátiles de 120 V que acoplan 120 Conector de red V al receptáculo J1772 del automóvil; en los países donde 220-230V de la red eléctrica doméstica es común, los cables EVSE portátiles comúnmente suministrados con el vehículo pueden realizar una carga de nivel 2 desde un enchufe de red doméstico, aunque a una corriente más baja que una estación de carga de alta corriente dedicada.

Los productos compatibles con SAE J1772-2009 incluyen:

  • Estación de carga doméstica AeroVironment para el Nissan Leaf [28]

  • BTCPower (Broadband TelCom Power, Inc.), el primer cargador rápido SAE DC disponible comercialmente en los Estados Unidos [29] [30]

  • Estaciones de carga para el hogar Bosch Power Max

  • Los productos de ClipperCreek incluyen CS-40, [31] LCS-25 [32] y LCS-25p, [33] HCS-40. [34] El producto con mayor amperaje de carga es CS-100. [35]

  • Cargador inteligente más nuevo ChargePoint CT4000, gestión de cables, servicios de controlador CT500, CT2000, CT2100 y familias CT2020 de estaciones de carga en red ChargePoint [36]

  • EATON [2] Pow-R-Station Familia de estaciones de carga de vehículos eléctricos [37]

  • ECOtality Blink home-mount y estaciones de carga comerciales independientes [38] [39]

  • Motor eléctrico Werks JuiceBox Código abierto 18 kW 75 A EVSE

  • EVSEadapters EVSE240V16A 240V 16A Portable Level 2 EVSE

  • EVoCharge - Carrete retráctil EVSE diseñado para admitir mercados residenciales, comerciales e industriales.

  • GE Wattstation disponible en 2011 [40]

  • Línea de estaciones de carga de GoSmart Technologies ChargeSPOT

  • La familia de estaciones de carga "UP" de GRIDbot

  • Estaciones Hubbel PEP - http://www.hubbell-wiring.com/press/pdfs/WLDEE001.pdf

  • Estaciones de carga domésticas Leviton evr-green [sic] en una gama de niveles de potencia, con un kit de precableado separado que permite enchufarlo a un receptáculo NEMA 6 de 240 V [41]

  • Soluciones de carga Schneider Electric / Square D EVLink para soluciones de carga residencial, comercial y de flota.

  • Siemens VersiCharge para una carga económica de nivel 2 residencial, semi-pública y de flota.

  • Estaciones de carga SemaConnect ChargePro

  • Shorepower Technologies ePump línea de EVSE completamente personalizable; soluciones de interior y exterior para automóviles y camiones.

  • Cajas de adaptador TucsonEV - J1772, cables de extensión J1772, entradas y enchufes con y sin cable, EVSE compatible con J1772 para 240 V / 30 A, adaptador de motocicleta cero a J1772, conversión Tesla UMC a J1772, cable con certificación UL de 30A y 40A.

  • La gama de productos CIRCONTROL CIRCARLIFE incluye infraestructura de carga EV con unidades de montaje en poste y pared con estándar J1772

  • Proyecto OpenEVSE - Diseño de código abierto para EVSE.

  • eStation Level-2 Charger por Vega. Parte de la red chargeNET en Sri Lanka



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