SAE J1772 , también conocido como conector J o conector Tipo 1 según su estándar internacional, IEC 62196 Tipo 1, es un estándar norteamericano para conectores eléctricos para vehículos eléctricos mantenido por SAE International bajo el título formal "SAE Surface Vehicle Recommended Practice J1772, SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler". [1]
La SAE mantiene los requisitos generales físicos, eléctricos, de protocolo de comunicación y de rendimiento para el sistema de carga conductiva del vehículo eléctrico y el acoplador. El objetivo es definir una arquitectura común del sistema de carga conductiva del vehículo eléctrico, incluidos los requisitos operativos y los requisitos funcionales y dimensionales para la entrada del vehículo y el conector de acoplamiento.
El estándar J1772 de 5 pines admite una amplia gama de velocidades de carga de corriente alterna (CA) monofásica (1φ) . Van desde dispositivos portátiles que se pueden conectar a una toma de corriente NEMA 5-15 doméstica que puede suministrar 1,44 kW (12 A a 120 V) hasta equipos cableados que pueden suministrar hasta 19,2 kW (80 A a 240 V). [2] A estos conectores a veces se los denomina informalmente cargadores, pero son " equipos de suministro de vehículos eléctricos " (EVSE), ya que solo suministran energía de CA al cargador integrado del vehículo, que luego la convierte en la corriente continua (CC) necesaria para recargar la batería.
El conector Combo 1 del Sistema de Carga Combinada (CCS) se basa en el estándar y agrega dos pines adicionales para una carga rápida de CC de hasta 350 kW.
El principal estímulo para el desarrollo de SAE J1772 provino de la Junta de Recursos del Aire de California (CARB). Los primeros vehículos eléctricos como el General Motors EV1 y el Toyota RAV4 EV usaban Magne Charge (SAE J1773), un sistema inductivo . CARB rechazó la tecnología inductiva a favor del acoplamiento conductivo para suministrar electricidad para la recarga. En junio de 2001, CARB adoptó la norma SAE J1772-2001 como interfaz de carga para vehículos eléctricos en California. [3] [4] Esta primera versión del conector fue fabricada por Avcon y presentaba un conector rectangular capaz de suministrar hasta 6,6 kW de potencia eléctrica. [5] [6] Las regulaciones de California ordenaron el uso de SAE J1772-2001 a partir del año modelo 2006.
Más tarde, la CARB solicitaría una mayor potencia de suministro que los 6,6 kW que admitía la norma J1772 (Avcon) de 2001. Este proceso llevó a la propuesta de un nuevo diseño de conector redondo por parte de Yazaki que permitía una mayor potencia de suministro de hasta 19,2 kW suministrada a través de una corriente alterna monofásica de 120-240 V a un máximo de 80 amperios. En 2008, la CARB publicó una nueva norma que exigía el uso del nuevo conector a partir del modelo del año 2010; [7] esta norma fue aprobada en 2012. [8]
La bujía Yazaki que se fabricó según el nuevo estándar de bujías SAE J1772 completó con éxito la certificación en UL . Posteriormente, el comité SAE votó la especificación estándar en julio de 2009. [9] El 14 de enero de 2010, el SAE Motor Vehicle Council adoptó la SAE J1772 REV 2009. [10] Las empresas que participan o apoyan la norma revisada de 2009 incluyen a smart , Chrysler , GM , Ford , Toyota , Honda , Nissan , Rivian y Tesla .
La especificación del conector SAE J1772-2009 se agregó posteriormente a la norma internacional IEC 62196-2 (“Parte 2: Requisitos de compatibilidad dimensional e intercambiabilidad para accesorios de tubo de contacto y clavija de CA”) y la votación sobre la especificación final está programada para cerrarse en mayo de 2011. [11] [ necesita actualización ] El conector SAE J1772 se considera una implementación “Tipo 1” que proporciona un acoplador monofásico. [12]
Los fabricantes de vehículos eléctricos adoptaron la norma SAE J1772-2009 en el Chevrolet Volt y el Nissan Leaf . El conector se convirtió en un equipo estándar en el mercado estadounidense debido a la disponibilidad de estaciones de carga que lo respaldaban en la red de vehículos eléctricos del país (con la ayuda de fondos como el programa ChargePoint America, que obtiene subvenciones de la Ley de Recuperación y Reinversión Estadounidense). [13] [14]
Las versiones europeas también estaban equipadas con una entrada SAE J1772-2009 hasta que la industria automotriz se decidió por el conector IEC Tipo 2 “Mennekes” como entrada estándar; dado que todos los conectores IEC utilizan el mismo protocolo de señalización SAE J1772, los fabricantes de automóviles venden automóviles con una entrada SAE J1772-2009 o una entrada IEC Tipo 2 según el mercado regional. 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 integrado que puede aprovechar la energía eléctrica trifásica con mayores límites de voltaje y corriente incluso para el mismo modelo básico de vehículo eléctrico (como el Chevrolet Volt/Opel Ampera ). [ cita requerida ]
En 2011, SAE desarrolló una variante del acoplador combinado J1772/CCS del conector J1772-2009 para admitir también el estándar del sistema de carga combinada para la carga rápida de corriente continua (CC), que incluye el conector J1772 estándar de 5 pines junto con dos pines más grandes adicionales para admitir la carga rápida de CC. El Combo 1 admite la carga a 200–920 voltios de CC y hasta 350 kW.[1] [ necesita actualización ] El acoplador combinado también utilizará tecnología de comunicación por línea eléctrica para comunicarse entre el vehículo, el cargador externo y la red inteligente. [15] Siete fabricantes de automóviles (Audi, BMW, Daimler, Ford, General Motors, Hyundai, Porsche, Volvo y Volkswagen) acordaron a fines de 2011 introducir el sistema de carga combinada a mediados de 2012. [16] Los primeros vehículos que utilizaron el enchufe SAE Combo fueron el BMW i3 lanzado a fines de 2013 y el Chevrolet Spark EV lanzado en 2014. [17]
En Europa, el acoplador combinado se basa en el conector de carga de CA Tipo 2 (VDE) (Combo 2) manteniendo la compatibilidad total con la especificación SAE para carga de CC y el protocolo PLC HomePlug Green PHY . [18] En 2019, Tesla presentó el Model 3 con un enchufe CCS Combo 2 en Europa, pero no ha presentado modelos con CCS en los EE. UU. Con la introducción del Model 3 en Europa, Tesla agregó cables de carga CCS a los Supercargadores V2 (que admiten tanto CCS Combo 2 como Tesla DC Type 2). Los Supercargadores Tesla V3 europeos incluyen solo un cable de carga CCS. [ cita requerida ]
El conector J1772-2009 está diseñado para sistemas eléctricos monofásicos de corriente alterna de 120 V o 240 V, como los que se utilizan en América del Norte y Japón. El conector redondo de 43 milímetros (1,7 pulgadas) de diámetro está codificado y tiene cinco clavijas (vistas desde el exterior del enchufe): [19]
El conector está diseñado para soportar 10.000 ciclos de acoplamiento (una conexión y una desconexión) y exposición a los elementos. Con un ciclo de acoplamiento por día, la vida útil del conector debería superar los 27 años. [22]
El enchufe SAE J1772 o Tipo 1 se bloquea en el coche con un gancho que se acciona manualmente, generalmente presionando un botón con el pulgar, que interrumpe la alimentación. Esto permite que cualquiera pueda detener la carga e incluso el robo del cable. Para evitarlo, el conector europeo IEC 62196 Tipo 2 tiene aberturas en el lateral para el bloqueo y desbloqueo automáticos, que el propietario del coche puede accionar mediante un control remoto. Si el coche bloquea o desbloquea su enchufe, el cargador hará lo mismo según la señal PP.
Además, el puerto de carga de muchos automóviles modernos con un conector J1772 tiene un pasador extensible que impide que se levante el pestillo J1772. Al extender este pasador, resulta imposible levantar el pestillo de liberación. De esta manera, el vehículo puede evitar que se retire un conector J1772 enchufado. Esto es esencial para la implementación de CCS donde el conector no está diseñado para interrumpir la intensa corriente de carga de CC.
La norma SAE J1772-2017 define cuatro niveles de carga: nivel 1 de CA , nivel 2 de CA , nivel 1 de CC y nivel 2 de CC . [23] Las revisiones anteriores de J1772 también enumeraron un nivel 3 de CA que nunca se implementó , que se consideró pero nunca se implementó.
Por ejemplo, el Chevrolet Bolt 2020 tiene una batería de iones de litio de 66 kWh y un módulo de carga integrado de 7,2 kW; con una autonomía según la EPA de 417 km y una eficiencia energética de 29 kW⋅h/100 mi; 17,7 kW⋅h/100 km, [25] puede usar su cable de carga portátil para cargar en CA de nivel 1 (120 V, 12 A) para obtener hasta 6,4 km de autonomía por hora o utilizar una unidad de carga de CA de nivel 2 (240 V, 32 A) para obtener hasta 40 km de autonomía por hora. Con un puerto de carga rápida de CC (DCFC) opcional, este modelo también puede cargarse a hasta 55 kW para obtener hasta 140 km de autonomía por media hora.
Otros vehículos eléctricos que utilizan una arquitectura de batería de 800 V (como los de la plataforma E-GMP de Hyundai ) pueden cargarse mucho más rápido. Según Hyundai, "con un cargador de CC de 350 kW, el IONIQ 5 puede cargar del 10 al 80 por ciento en solo 18 minutos. Según el ciclo WLTP, los usuarios del IONIQ 5 solo necesitan cargar el vehículo durante cinco minutos para obtener 100 km de autonomía". [26] Estos vehículos son capaces de aceptar hasta 230 kW hasta aproximadamente el 50 % del estado de carga , lo que permite que estos vehículos se recarguen mucho más rápido que los vehículos eléctricos similares con baterías de menor voltaje.
Algunos vehículos eléctricos han ampliado el J1772 para permitir la carga de nivel 1 de CA (120 V) a más de 16 amperios. Esto es útil, por ejemplo, en parques de casas rodantes donde los receptáculos TT-30 ("Remolque de viaje" - 120 V, 30 A) son comunes. Estos permiten la carga a hasta 24 amperios. Sin embargo, este nivel de carga de 120 V no se ha codificado en el J1772.
Otra extensión, compatible con el Estándar de carga de América del Norte , es la carga de nivel 2 a 277 V. Al igual que 208 V, 277 V se encuentra comúnmente en los circuitos trifásicos comerciales de América del Norte .
El estándar J1772 incluye varios niveles de protección contra descargas eléctricas, lo que garantiza la seguridad de la carga incluso en condiciones húmedas. Físicamente, los pines de conexión están aislados en el interior del conector cuando están acoplados, lo que garantiza que no haya acceso físico a esos pines. Cuando no están acoplados, los conectores J1772 no tienen energía en los pines; [27] no se energizan hasta que el vehículo lo ordena. [28]
El pin de detección de proximidad está conectado a un interruptor en el botón de liberación del conector. Al presionar el botón de liberación, el vehículo deja de consumir corriente. A medida que se retira el conector, el pin piloto de control más corto se desconecta primero, lo que hace que el EVSE deje de recibir energía del enchufe. Esto también garantiza que los pines de alimentación no se desconecten bajo carga, lo que provocaría arcos eléctricos y acortaría su vida útil. El pin de tierra es más largo que los otros pines, por lo que se rompe al último.
El protocolo de señalización ha sido diseñado para la siguiente secuencia de carga. [28]
La especificación técnica se describió por primera vez en la versión 2001 de SAE J1772 y posteriormente en IEC 61851-1 e IEC TS 62763:2013. La estación de carga aplica 12 V al piloto de control (CP) y al piloto de proximidad (también conocido como Plug Present: PP) midiendo las diferencias de voltaje. Este protocolo no requiere circuitos integrados, que serían necesarios para otros protocolos de carga, lo que hace que SAE J1772 sea robusto y operativo en un rango de temperatura de −40 °C a +85 °C.
Piloto de control (Modo) : La estación de carga envía una onda cuadrada de 1 kHz en el piloto de control que está conectado de nuevo a la tierra de protección en el lado 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 verificar que la tierra de protección esté funcionando. El vehículo puede solicitar una determinada función de carga configurando la resistencia entre los pines CP y PE; 2,7 kΩ anuncia un vehículo compatible con el Modo 3 ( vehículo detectado ) que no requiere carga. 880 Ω dice que el vehículo está listo para ser cargado y 240 Ω solicita con carga de ventilación, en cuyo caso las estaciones de carga suministran energía de carga solo si el área está ventilada (es decir, al aire libre).
Los ejemplos de circuitos de línea de Control Pilot en SAE J1772:2001 muestran que el bucle de corriente CP–PE está conectado permanentemente en el lado del vehículo a través de una resistencia de 2,74 kΩ, lo que produce una caída de voltaje de +12 V a +9 V cuando se conecta un cable a la estación de carga, que activa el generador de ondas. La carga se activa mediante el vehículo agregando una resistencia paralela de 1,3 kΩ que resulta en una caída de voltaje a +6 V o agregando 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 bucle CP–PE. [29] Tenga en cuenta que el diodo solo provocará una caída de voltaje en el rango positivo; cualquier voltaje negativo en el bucle CP–PE está bloqueado por D1 en el vehículo, cualquier corriente significativa que fluya en el bucle CP–PE durante el período negativo apagará la corriente por considerarse un error fatal (como tocar los pines).
En los enchufes macho IEC62196-2, el pin de control piloto se acorta para evitar que se utilicen cables sin ataduras como "cables de extensión". Esto evita el uso de cables descendentes que pueden tener una capacidad de corriente menor y que se conectan a un cable con una clasificación de corriente mayor.
Piloto de control (límite de corriente) : la estación de carga puede usar la señal de onda para describir la corriente máxima que está disponible a través de la estación de carga con la ayuda de la modulación de ancho de pulso : un PWM del 16 % es un máximo de 10 A, un PWM del 25 % es un máximo de 16 A, un PWM del 50 % es un máximo de 32 A y un PWM del 90 % marca una opción de carga rápida. [30]
El ciclo de trabajo PWM de la señal CP de 1 kHz indica la corriente de red máxima permitida. Según la SAE, incluye la toma de corriente, el cable y la entrada del vehículo. En los EE. UU., la definición de ampacidad (capacidad en amperios o capacidad de corriente) se divide para el funcionamiento continuo y el funcionamiento a corto plazo. [30] La SAE define el valor de ampacidad que se derivará mediante una fórmula basada en el ciclo completo de 1 ms (de la señal de 1 kHz) con una clasificación máxima de amperios continuos de 0,6 A por 10 μs hasta 850 μs (siendo el más bajo (100 μs/10 μs) × 0,6 A = 6 A). Por encima de 850 μs, la fórmula requiere restar 640 μs y multiplicar la diferencia por 2,5. Por ejemplo ((960 μs − 640 μs)/10 μs) × 2,5 A = 80 A. [29]
El pin de proximidad, PP (también conocido como presencia de enchufe ), como se muestra en el ejemplo de distribución de pines SAE J1772, describe el interruptor, S3, como vinculado mecánicamente al actuador de liberación del pestillo del conector. Durante la carga, el lado EVSE conecta el bucle PP-PE a través de S3 y un R6 de 150 Ω; al abrir el actuador de liberación, se agrega un R7 de 330 Ω en el bucle PP-PE en el lado EVSE, lo que genera un cambio de voltaje en la línea para permitir que el vehículo eléctrico inicie un apagado controlado antes de la desconexión real de los pines de alimentación de carga. Sin embargo, muchos cables adaptadores de baja potencia no ofrecen esa detección del estado del actuador de bloqueo en el pin PP.
Según la norma IEC 62196, el PIN de proximidad también se utiliza para indicar la capacidad del cable; esto es relevante para los EVSE no conectados.
La resistencia está codificada según la capacidad de corriente máxima del conjunto de cables. El EV interrumpe el suministro de corriente si se excede la capacidad de corriente del cable, según lo detecta la medición de Rc (que se muestra como R6 en el circuito de señalización J1772 anterior), según lo definido por los valores del rango de interpretación recomendado.
Rc se coloca entre el PP y el PE, dentro del conjunto de cable desmontable.
[31]
En una norma actualizada que se publicará en 2012, SAE propone utilizar la comunicación por 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 Normas IEEE están compartiendo sus proyectos de normas relacionados con la red inteligente y la electrificación de vehículos. [32]
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, el medidor o el distribuidor y el edificio donde se encuentran los cargadores. P1905 incluye comunicaciones inalámbricas. En al menos una implementación, la comunicación entre el EVSE de CC externo y el PEV se produce en el cable piloto del conector SAE J1772 a través de la comunicación de línea eléctrica (PLC) HomePlug Green PHY. [33] [34] [35]
Una propuesta competitiva conocida como el conector Mennekes iniciada por RWE y Daimler fue estandarizada en la IEC 62196 de 2011 como su conector Tipo 2. Ha sido ampliamente adoptado como el acoplador monofásico y trifásico estándar de la Unión Europea. [12] [36] El conector adoptó los mismos protocolos para el pin piloto que el J-Plug de J1772. La especificación IEC permite hasta 63 A y 43,6 kW. En 2018, el comité SAE J3068 lanzó una mejora del conector de la UE diseñado para el mercado industrial de América del Norte que permite hasta 160 A / 166 kW con energía 3φ .
La misma norma IEC 62196-2 también especificó un par de conectores Tipo 3 de Scame Global que proporciona un acoplador monofásico y trifásico con obturadores. [12] Después de una aprobación en 2016 por parte de la IEC para una pequeña modificación del conector Mennekes que permite opcionalmente obturadores, el Tipo 3 ha quedado obsoleto.
La Tokyo Electric Power Company ha desarrollado una especificación exclusivamente para la carga rápida de CC de alto voltaje para automóviles utilizando el conector CC JARI y formó la asociación CHAdeMO ( charge de move , equivalente a "cargar por moverse") con los fabricantes de automóviles japoneses Mitsubishi , Nissan y Subaru para promocionarla. [37]
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{{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )Estandarización de los sistemas de carga
La ARB aprobó la propuesta del personal para seleccionar el sistema de carga conductiva utilizado por Ford, Honda y varios otros fabricantes.
{{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )Sección 1962.3. Requisitos de carga de vehículos eléctricos
Underwriters Laboratories ha completado sus pruebas de certificación del conector desarrollado por
Yazaki
.
J3068 adopta el acoplador tipo 2 europeo, 5 cables con neutro y agrega un enlace de datos simple, robusto, económico y establecido: el ancho de pulso
LIN
es el mismo que el 5%
PWM
, por lo que los filtros no cambian.
Cuando se desconecta un enchufe estándar J1772 (como el del Volt) del vehículo, no hay voltaje en los pines.
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