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Padrão SAE J1772 (plugue de carregamento TYPE1 EV)
- Apr 16, 2017 -

O SAE J1772 ( IEC Tipo 1) é um padrão norte-americano para conectores elétricos para veículos elétricos mantido pela SAE International e tem o título formal "Prática Recomendada de Veículo de Superfície SAE J1772, Acoplador de Carga Condutora para Veículo Elétrico SAE". [1] Abrange os requisitos gerais de desempenho físico, elétrico, de comunicação e de desempenho para o sistema de carga condutora do veículo elétrico e o acoplador. A intenção é definir uma arquitetura de sistema de carregamento condutor de veículo elétrico comum, incluindo requisitos operacionais e requisitos funcionais e dimensionais para o conector de entrada e acoplamento do veículo.


História

O conector Avcon mais antigo, apresentado aqui em um Ford Ranger EV

O principal estímulo para o desenvolvimento do SAE J1772 veio do California Air Resources Board. Antigamente veículos elétricos como o General Motors EV1 tinham usado engates de carregadores indutivos. Estes foram descartados em favor do acoplamento condutivo para fornecer eletricidade para recarregar com a California Air Resources Board estabelecendo o padrão SAE J1772-2001 [2] como a interface de carregamento para veículos elétricos na Califórnia em junho de 2001. [3] A Avcon fabricou uma Conector retangular em conformidade com a especificação SAE J1772 REV NOV 2001 que era capaz de fornecer até 6,6 kW de energia elétrica. [4] (As fotos e a descrição deste retângulo antigo "Conector AVCon" e "Entrada AVCon" estão em [5] )

O regulamento CARB de 2001 determinou o uso do SAE J1772-2001 a partir do ano modelo de 2006. Os requisitos posteriores exigiam que correntes mais altas fossem usadas do que o conector Avcon poderia fornecer. Este processo levou à proposta de um novo design de conector redondo da Yazaki que permite uma maior potência de entrega de até 19,2 kW fornecida via monofásica de 120–240 V CA a até 80 amperes. Em 2008, o CARB publicou um projeto de emenda à seção 1962.2, Título 13, que determinava o uso do padrão SAE J1772 que se aproximava, a partir do ano do modelo de 2010. [6]

Tipo 1 conector de CA lento "J1772" (Japão / EUA)

O plugue Yazaki que foi construído para o novo padrão de plugue SAE J1772 concluiu com êxito a certificação na UL. A especificação padrão foi subseqüentemente votada pelo comitê SAE em julho de 2009. [7] Em 14 de janeiro de 2010, o SAE J1772 REV 2009 foi adotado pelo SAE Motor Vehicle Council. [8] As empresas que participam ou apoiam o padrão revisto -2009 incluem Smart, Chrysler, GM, Ford, Toyota, Honda, Nissan e Tesla.

A especificação do conector SAE J1772-2009 foi adicionada à norma internacional IEC 62196-2 ("Parte 2: Requisitos dimensionais de compatibilidade e intercambiabilidade para acessórios de pino de corrente alternada e tubo de contato") com votação da especificação final para fechamento em maio de 2011. [9] O conector SAE J1772 é considerado uma implementação "Tipo 1", fornecendo um acoplador monofásico. [10]

Equipamento veicular

O SAE J1772-2009 foi adotado pelos fabricantes de automóveis de veículos elétricos pós-2000 como a terceira geração do Chevrolet Volt e o Nissan Leaf como os primeiros modelos. O conector tornou-se equipamento padrão no mercado norte-americano devido à disponibilidade de estações de carregamento com esse tipo de plugue na rede de veículos elétricos do país (com a ajuda de fundos como o programa ChargePoint America recebendo doações da Lei Americana de Recuperação e Reinvestimento) .

As versões européias foram equipadas com uma entrada SAE J1772-2009 até que a indústria automotiva estabeleceu o conector IEC Tipo 2 "Mennekes" como entrada padrão - já que todos os conectores IEC usam o mesmo protocolo de sinalização SAE J1772, os fabricantes de automóveis estão vendendo carros com uma entrada SAE J1772-2009 ou uma entrada IEC Tipo 2 dependendo do mercado. Há também adaptadores (passivos) disponíveis que podem converter o J1772-2009 em IEC Tipo 2 e vice-versa. A única diferença é que a maioria das versões européias tem um carregador integrado que pode aproveitar a energia elétrica trifásica com limites de tensão e corrente mais altos, mesmo para o mesmo modelo básico de veículo elétrico (como o Chevrolet Volt / Opel Ampera).

Sistema de Carregamento Combinado (CCS)

Artigo principal: Sistema de Carregamento Combinado Tipo CCS AC lento e conector DC rápido

A SAE está desenvolvendo uma variante de acoplador combinado do conector J1772-2009 com pinos adicionais para acomodar carregamento DC rápido em 200–450 volts DC e até 90 kW. Isso também usará a tecnologia Power Line Carrier para comunicação entre o veículo, o carregador off-board e a smart grid. [11] Sete fabricantes de automóveis (Audi, BMW, Daimler, Ford, General Motors, Porsche, Volvo e Volkswagen) concordaram em introduzir o "Combined Charging System" em meados de 2012. [12] Os primeiros veículos que usam o plug SAE Combo foram o BMW i3 lançado no final de 2013 e o Chevrolet Spark EV lançado em 2014. [13] Na Europa, o acoplador de combinação é baseado no conector de carregamento Tipo 2 (VDE) AC mantendo total compatibilidade com a especificação SAE para carregamento DC e com o protocolo GreenPHY PLC. [14]

Propriedades

Conector

O conector J1772-2009 é projetado para sistemas elétricos monofásicos com 120 V ou 240 V, como os usados na América do Norte e no Japão. O conector de diâmetro redondo de 43 mm (1,7 pol) tem cinco pinos, com três tamanhos diferentes de pinos (começando pelo maior), para cada um dos seguintes:

  • Linha CA 1 e linha 2

  • Pino terra

  • Detecção de proximidade e piloto de controle

Detecção de proximidade
Impede o movimento do carro enquanto estiver conectado ao carregador.
Piloto de controle
Linha de comunicação usada para coordenar o nível de carga entre o carro e o carregador, além de outras informações.

Uma onda quadrada de 1 kHz a ± 12 volts gerada pelo equipamento de alimentação do veículo elétrico (EVSE; isto é, a estação de carga) no piloto de controle para detectar a presença do veículo, comunicar a corrente de carga máxima permitida e controlar a carga. [15]

O conector é projetado para suportar 10.000 ciclos de acoplamento (uma conexão e uma desconexão) e a exposição aos elementos. Com um ciclo de acasalamento por dia, a vida útil do conector deve exceder 27 anos.

Carregamento

O padrão J1772 define dois níveis de carga: [8]


Voltagem Estágio Pico de corrente Poder
CA nível 1 120 V Fase única 16 A 1,92 kW
CA nível 2 240 V Fase Dividida 32 A (2001)
80 A (2009)
7,68 kW
19,20 kW

O comitê SAE J1772 também propôs um conector DC baseado na forma do conector CA SAE J1772-2009 com pinos DC e aterramento adicionais para suportar o carregamento em 200–450 V DC e 80 A (36 kW) para o Nível DC 1 e até 200 A (90 kW) para DC Level 2 [16] depois de avaliar o conector J1772-2009 contra outros projetos incluindo o conector JARI / TEPCO usado pelo protocolo de carga rápida CHAdeMO DC. [17] Os níveis de carga SAE DC Nível 3 não foram determinados, mas o padrão, como existe a partir de 2009, tem a capacidade de carregar em 200–600 V DC a um máximo de 400 A (240 kW).

Por exemplo, um carregador de 240 kW que carrega um veículo plug-in, como o BMW i3 com extensor de alcance que chega a 100 milhas por 21,7 kWh (155 MPGe, 217 Wh por milha), receberia aproximadamente 18 milhas de alcance por minuto um motorista gasta carga durante a vida útil do carro. Para colocar isso em perspectiva, o Ford Taurus FWD 3.5L, que a EPA compara como um carro novo apenas com gasolina, recebe 23 MPG, o que significa que uma bomba de gasolina que bombeia a 7 galões por minuto dá 161 milhas de alcance por cada minuto que um motorista gasta bombeamento de gás durante toda a vida útil do carro. [18]

Segurança

O padrão J1772 inclui vários níveis de proteção contra choques, garantindo a segurança do carregamento mesmo em condições úmidas. Fisicamente, os pinos de conexão são isolados no interior do conector quando acoplados, garantindo o acesso físico a esses pinos. Quando não acoplados, os conectores J1772 não têm voltagens de energia nos pinos, [19] e a energia de carga não flui até ser comandada pelo veículo. [17]

Os pinos de alimentação são da variedade first-make, last-break. Se o plugue estiver na porta de carregamento do veículo e carregando, e for removido, o piloto de controle e o pino de detecção de proximidade serão interrompidos primeiro, fazendo com que o relé de energia na estação de carga abra, cortando todo o fluxo de corrente para o plugue J1772. Isso evita qualquer centelha nos pinos de alimentação, prolongando sua vida útil. O pino de detecção de proximidade também é conectado a um interruptor que é acionado ao pressionar o botão físico de desconexão ao remover o conector do veículo. Isto faz com que a resistência mude no pino de proximidade que comanda o carregador embutido do veículo para parar de puxar corrente imediatamente antes do conector ser retirado.

Sinalização

O protocolo de sinalização foi projetado de modo que [17]

Circuito de sinalização J1772

  • fornecimento de sinais de equipamentos presença de energia de entrada AC

  • o veículo detecta o plugue através do circuito de proximidade (assim, o veículo pode impedir a condução enquanto conectado)

  • funções piloto de controle começam

    • equipamento de fornecimento detecta veículo elétrico plug-in

    • equipamento de suprimento indica prontidão do veículo elétrico de encaixe (PEV) para fornecer energia

    • Requisitos de ventilação PEV são determinados

    • capacidade atual do equipamento de suprimento fornecido ao PEV

  • PEV comanda fluxo de energia

  • O PEV e o equipamento de suprimento monitoram continuamente a continuidade do aterramento de segurança

  • carga continua conforme determinado pelo PEV

  • carga pode ser interrompida, desconectando o plugue do veículo

A especificação técnica foi descrita primeiro na versão 2001 do SAE J1772 e subsequentemente no IEC 61851-1 e no IEC TS 62763: 2013. A estação de carregamento coloca 12 V no piloto de contato (CP) e o piloto de proximidade (também, plug present; PP) medindo as diferenças de tensão. Este protocolo não requer circuitos integrados, que seriam necessários para outros protocolos de carga, tornando o SAE J1772 robusto e operável através de uma faixa de temperatura de -40 ° C a +85 ° C.

A estação de carregamento envia uma onda quadrada de 1 kHz no piloto de contato que é conectado de volta ao aterramento protegido na lateral do veículo por meio de um resistor e um diodo (faixa de tensão de ± 12,0 ± 0,4 V). Os fios energizados das estações de recarga públicas estão sempre esgotados se o circuito CP-PE (terra de proteção) estiver aberto, embora o padrão permita uma corrente de carga como no Modo 1 (máximo de 16 A). Se o circuito estiver fechado, a estação de carga também pode testar o aterramento de proteção para funcionar. O veículo pode solicitar um estado de carga configurando um resistor; usando 2,7 kΩ um veículo compatível com o Modo 3 é anunciado ( veículo detectado ) que não requer carga. Mudando para 880 Ω, o veículo está pronto para ser carregado e mudando para 240 Ω as solicitações do veículo com carga de ventilação, caso em que a energia de carga é fornecida apenas se a área for ventilada (ou seja, ao ar livre). A estação de carregamento pode usar o sinal de onda para descrever a corrente máxima disponível na estação de carregamento com a ajuda da modulação por largura de pulso: um PWM de 16% é um máximo de 10 A, um PWM de 25% é um máximo de 16 A % PWM é um máximo de 32 A e um PWM de 90% sinaliza uma opção de carga rápida. [20]

Os exemplos de circuito de linha piloto no SAE J1772: 2001 mostram que a malha de corrente CP-PE está conectada permanentemente através de um resistor de 2,74 k making, fazendo uma queda de tensão de +12 V a +9 V quando um cabo é conectado à estação de carregamento que ativa o gerador de ondas. O carregamento é ativado pelo carro adicionando um resistor paralelo de 1,3 kΩ resultando em uma queda de tensão de +6 V ou adicionando um resistor paralelo de 270 for para uma ventilação necessária resultando em uma queda de tensão de +3 V. Assim, a estação de carga pode reagir verificando apenas a faixa de tensão presente na malha CP-PE. [21] Observe que o diodo fará apenas uma queda de tensão na faixa positiva; qualquer tensão negativa no circuito CP-PE desligará a corrente como sendo considerada um erro fatal (como tocar nos pinos).

Status base Status de carregamento Resistência, CP-PE Resistência, R2 Tensão, CP-PE
Status A Espera Abra ou ∞ Ω
+12 V
Status B Veículo detectado 2740 Ω
+ 9 ± 1 V
Status C Pronto (carregando) 882 Ω 1300 Ω + 6 ± 1 V
Status D Com ventilação 246 Ω 270 Ω + 3 ± 1 V
Status E Sem energia (desligado)

0 V
Status F Erro

−12 V

O ciclo de serviço PWM do sinal CP de 1 kHz indica a corrente máxima permitida. De acordo com o SAE inclui entrada de tomada, cabo e entrada de veículo. Nos EUA, a definição de ampacidade (capacidade ampere ou capacidade atual) é dividida para operação contínua e de curto prazo. [20] A SAE define o valor de ampacidade a ser derivado por uma fórmula baseada no ciclo completo de 1 ms (do sinal de 1 kHz) com a classificação máxima contínua de amperes de 0,6 A por 10 µs (com os menores 100 µs fornecendo 6 A e os mais altos 800 µs dando 48 A). [21]

Ciclo de trabalho de PWM indicando capacidade de ampere [20]
PWM SAE contínuo SAE curto prazo
50% 30 A 36 um pico
40% 24 A 30 um pico
30% 18 A 22 um pico
25% 15 A 20 um pico
16% 9,6 A
10% 6 A

O pino, PP, também é chamado de plugue presente, pois a pinagem do exemplo SAE J1772 descreve a chave S3 como sendo mecanicamente ligada ao atuador de liberação da trava do conector. Durante o carregamento, o lado do EVSE conecta o loop PP-PE via S3 e um 150 Ω R6; ao abrir o atuador de desengate, um 330 Ω R7 é adicionado no loop PP-PE no lado EVSE, o que resulta em uma mudança de voltagem na linha para permitir que o veículo elétrico inicie um desligamento controlado antes da desconexão real dos pinos de potência de carga. No entanto, muitos cabos adaptadores de baixa potência não oferecem a detecção do estado do atuador de bloqueio no pino PP.

P1901 comunicação powerline

Em um padrão atualizado com vencimento em 2012, a SAE propõe o uso da comunicação da linha de energia, especificamente IEEE 1901, entre o veículo, a estação de recarga externa e a rede inteligente, sem a necessidade de um pino adicional; A SAE e a IEEE Standards Association estão compartilhando seus padrões preliminares relacionados à rede inteligente e à eletrificação do veículo. [22]

A comunicação P1901 é compatível com outros padrões 802.x através do padrão IEEE 1905, permitindo comunicações arbitrárias baseadas em IP com o veículo, medidor ou distribuidor, e o prédio onde os carregadores estão localizados. O P1905 inclui comunicações sem fio. Em pelo menos uma implementação, a comunicação entre o EVSE DC externo e o PEV ocorre no fio piloto do conector SAE J1772 através da comunicação da linha de energia HomePlug Green PHY (PLC). [23] [24] [25]

Estações de carregamento compatíveis

Na América do Norte e Japão, o Chevrolet Volt, o Nissan Leaf, o Mitsubishi i-MiEV, o Toyota Prius Plug-in Hybrid, o Smart electric drive e o Kia Soul EV vêm com cabos de alimentação portáteis de 120 V. V ficha de alimentação para o receptáculo J1772 do carro; nos países onde a eletricidade doméstica de 220-230V é comum, os cabos EVSE portáteis comumente fornecidos com o veículo podem executar uma carga de nível 2 a partir de um plugue de alimentação doméstico, embora a uma corrente mais baixa do que uma estação de carregamento dedicada de alta corrente.

Produtos compatíveis com SAE J1772-2009 incluem:

  • Estação de carregamento doméstica AeroVironment para o Nissan Leaf [28]

  • BTCPower (Broadband TelCom Power, Inc.), o primeiro Carregador Rápido SAE DC nos Estados Unidos [29] [30]

  • Estações de carregamento domésticas Bosch Power Max

  • Os produtos ClipperCreek incluem CS-40, [31] LCS-25 [32] e LCS-25p, [33] HCS-40. [34] O produto com amperagem de carga mais alta é o CS-100. [35]

  • ChargePoint CT4000 mais novo carregador inteligente, gerenciamento de cabos, serviços de driver CT500, CT2000, CT2100 e famílias CT2020 de estações de carregamento em rede ChargePoint [36]

  • EATON [2] Família Pow-R-Station de Estações de Carga de Veículos Elétricos [37]

  • Estações de carregamento autônomo de parede e comerciais autônomas ECOtality Blink [38] [39]

  • Motor elétrico Werks JuiceBox Fonte Aberta 18 kW 75 A EVSE

  • EVSEadapters EVSE240V16A 240V 16A Portátil Nível 2 EVSE

  • EVoCharge - Reel retrátil EVSE projetado para suportar os mercados residencial, comercial e industrial.

  • GE Wattstation disponível em 2011 [40]

  • Linha ChargeSPOT da GoSmart Technologies de estações de recarga

  • Família "UP" do GRIDbot de estações de recarga

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

  • Estações de recarga Levnt evr-green [sic] em uma faixa de níveis de potência, com kit de pré-cabo separado que permite conectar em um receptáculo NEMA 6 240 V [41]

  • Schneider Electric / Square D Soluções de carregamento EVLink para soluções residenciais, comerciais e de tarifação de frotas.

  • VersiCharge da Siemens para carregamento de EVs residencial, semi-público e de nível 2 de frota com boa relação custo / benefício.

  • Estações de carregamento SemaConnect ChargePro

  • Linha de ePump da Shorepower Technologies de EVSE totalmente personalizável; soluções internas e externas para carros e caminhões.

  • TucsonEV - J1772 Cabos Adaptadores, J1772 Cabos de Extensão, Entradas e Plugues com e sem fio, J1772 EVSE Compatível para 240 V / 30 A, Adaptador Zero Moto a J1772, Conversão Tesla UMC a J1772, 30A e 40A EV Cabo listado pela UL.

  • A gama de produtos CIRCONTROL CIRCARLIFE inclui a infraestrutura de carregamento EV com unidades de montagem em poste e parede com o padrão J1772

  • Projeto OpenEVSE - Open Source Design for EVSE.

  • Carregador eStation Level-2 da Vega. Parte da rede chargeNET no Sri Lanka



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