SAE J1772 , también conocido como enchufe J o conector Tipo 1 por 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 "Práctica recomendada para vehículos de superficie SAE J1772, Acoplador de carga conductora para vehículos eléctricos SAE". [1]
La SAE mantiene los requisitos generales físicos, eléctricos, de protocolo de comunicación y de desempeño para el acoplador y el sistema de carga conductiva del vehículo eléctrico. La intención es definir una arquitectura de sistema de carga conductiva común para vehículos eléctricos que incluya 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 un tomacorriente doméstico NEMA 5-15 que puede entregar 1,44 kW (12 A a 120 V) hasta equipos cableados que pueden entregar hasta 19,2 kW (80 A a 240 V). [2] Estos conectores a veces se denominan informalmente cargadores, pero son " equipos de suministro de vehículos eléctricos " (EVSE), ya que solo suministran energía de CA al cargador a bordo del vehículo, que luego la convierte en corriente continua (DC). ) necesario para recargar la batería.
El conector Combo 1 del sistema de carga combinado (CCS) se basa en el estándar y agrega dos pines adicionales para 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 General Motors EV1 y Toyota RAV4 EV, utilizaban Magne Charge (SAE J1773), un sistema inductivo . CARB rechazó la tecnología inductiva a favor del acoplamiento conductivo para suministrar electricidad para recargar. 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 entregar hasta 6,6 kW de energía eléctrica. [5] [6] Las regulaciones de California exigen el uso de SAE J1772-2001 a partir del año modelo 2006.
Más tarde, CARB solicitaría una entrega de corriente superior a los 6,6 kW que admitía el estándar J1772 (Avcon) de 2001. Este proceso llevó a la propuesta de un nuevo diseño de conector redondo por parte de Yazaki que permitió una mayor entrega de energía de hasta 19,2 kW entregada a través de una fase monofásica de 120 a 240 V CA con hasta 80 amperios. En 2008, CARB publicó una nueva norma que exigía el uso del nuevo conector a partir del año modelo 2010; [7] esto fue aprobado en 2012. [8]
El enchufe Yazaki que se construyó según el nuevo estándar de enchufe 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 Consejo de Vehículos Motorizados SAE adoptó la SAE J1772 REV 2009. [10] Las empresas que participan o apoyan la norma revisada de 2009 incluyen smart , Chrysler , GM , Ford , Toyota , Honda , Nissan , Rivian y Tesla .
Posteriormente, la especificación del conector SAE J1772-2009 se agregó a la norma internacional IEC 62196-2 (“Parte 2: Compatibilidad dimensional y requisitos de intercambiabilidad para accesorios de pines de CA y tubos de contacto”) 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 de “Tipo 1” que proporciona un acoplador monofásico . [12]
La SAE J1772-2009 fue adoptada por los fabricantes de vehículos eléctricos 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 respaldan en la red de vehículos eléctricos del país (con la ayuda de fondos como el programa ChargePoint America que obtiene subvenciones de la Ley Estadounidense de Recuperación y Reinversión). [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 a bordo que puede aprovechar la energía eléctrica trifásica con límites de voltaje y corriente más altos incluso para el mismo modelo de vehículo eléctrico básico (como el Chevrolet Volt/Opel Ampera ). [ cita necesaria ]
En 2011, SAE desarrolló una variante del acoplador combinado J1772/CCS del conector J1772-2009 para admitir también el estándar del sistema de carga combinado para carga rápida de corriente continua (CC), que incluye el conector estándar J1772 de 5 pines junto con un conector adicional. dos pines más grandes para soportar una carga rápida de CC. El combo 1 admite cargas de 200 a 920 voltios CC y hasta 350 kW.[1] [ necesita actualización ] El acoplador combinado también utilizará tecnología de comunicación de 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 finales 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 finales 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) y mantiene total compatibilidad 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 introducido modelos con CCS en los EE. UU. Con la introducción del Modelo 3 en Europa, Tesla añadió cables de carga CCS a los Supercargadores V2 (compatibles tanto con CCS Combo 2 como con Tesla DC Tipo 2). Los supercargadores Tesla V3 europeos incluyen solo un cable de carga CCS. [ cita necesaria ]
El conector J1772-2009 está diseñado para sistemas eléctricos monofásicos de corriente alterna 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 llave y cinco clavijas (visto 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 1 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 automóvil con un gancho que se opera manualmente, principalmente presionando un botón con el pulgar, que interrumpe la energía. Esto permite que cualquiera deje de cargar e incluso robar el cable. Para evitar esto, el conector europeo IEC 62196 tipo 2 tiene aberturas laterales para bloqueo y liberación automáticos, operados por el propietario del automóvil mediante control remoto. Si el coche bloquea o suelta el enchufe, el cargador hará lo mismo según la señal PP.
El estándar 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 publicadas anteriormente de J1772 también enumeraron un AC Nivel 3 nunca implementado , 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 a bordo de 7,2 kW; con un alcance EPA de 259 millas (417 km) y una eficiencia energética de 118 mpg-e (29 kW⋅h/100 mi; 17,7 kW⋅h/100 km), [25] puede usar su cable de carga portátil para cargar a Nivel 1 de CA (120 V, 12 A) para obtener hasta 6,4 km (4 mi) de alcance por hora o conecte una unidad de carga de nivel 2 de CA (240 V, 32 A) para obtener hasta 40 km (25 mi) de autonomía por hora. Utilizando un puerto de carga rápida de CC (DCFC) opcional , este modelo también puede cargar hasta 55 kW para obtener hasta 140 km (90 millas) de alcance 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 sólo 18 minutos. Según el ciclo WLTP, los usuarios del IONIQ 5 sólo 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 vehículos eléctricos similares con baterías de menor voltaje.
Algunos vehículos eléctricos han ampliado J1772 para permitir la carga de CA Nivel 1 (120 V) a más de 16 amperios. Esto es útil, por ejemplo, en parques de casas rodantes donde los receptáculos TT-30 ("Travel Trailer" - 120 V, 30 A) son comunes. Estos permiten cargar hasta 24 amperios. Sin embargo, este nivel de carga de 120 V no ha sido codificado en J1772.
Otra extensión, respaldada por 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 golpes, lo que garantiza la seguridad de la carga incluso en condiciones de humedad. Físicamente, las clavijas de conexión están aisladas en el interior del conector cuando están acopladas, lo que garantiza que no haya acceso físico a esas clavijas. Cuando no están acoplados, los conectores J1772 no tienen alimentación en las clavijas; [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 pasador piloto de control más corto se desconecta primero, lo que hace que el EVSE corte energía al enchufe. Esto también garantiza que las clavijas de alimentación no se desconecten bajo carga, lo que provocará arcos y acortará su vida útil. La clavija de tierra es más larga que las otras clavijas, por lo que se rompe al final.
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 pone 12 V en el piloto de control (CP) y el piloto de proximidad (también conocido como enchufe presente: 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 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 al piloto de control que está conectado nuevamente a la tierra de protección en el lado del vehículo mediante 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 funcional. El vehículo puede solicitar una determinada función de carga ajustando la resistencia entre los pines CP y PE; 2,7 kΩ anuncia un vehículo compatible con Modo 3 ( vehículo detectado ) que no requiere carga. 880 Ω indica que el vehículo está listo para cargarse y 240 Ω lo solicita con carga por 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 la línea 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 genera una caída de voltaje de +12 V a +9 V cuando se engancha un cable. hasta la estación de carga, que activa el generador de olas. La carga es activada por el vehículo añadiendo una resistencia paralela de 1,3 kΩ, lo que da como resultado una caída de voltaje de +6 V o agregando una resistencia paralela de 270 Ω para la ventilación requerida, lo que resulta en una caída de voltaje de +3 V. Por lo tanto, la estación de carga puede reaccionar. comprobando únicamente el rango de tensión presente en el bucle CP-PE. [29] Tenga en cuenta que el diodo solo generará 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 cortará la corriente por considerarse un error fatal (como tocar los pines) .
Para los enchufes macho IEC62196-2, la clavija del piloto de control se acorta para evitar que se utilicen cables sin ataduras como "cables de extensión". Esto evita que el uso de cables posteriores que pueden tener una capacidad de corriente más baja se conecten a un cable con una clasificación de corriente más alta.
Piloto de control (límite de corriente) : la estación de carga puede utilizar 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 16 % de PWM es un máximo de 10 A, un 25 % de PWM es un máximo de 16 A, un 50 % de PWM es un máximo de 32 A y un 90 % de PWM indica 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 SAE incluye toma de corriente, cable y entrada de vehículo. En EE. UU., la definición de ampacidad (capacidad en amperios o capacidad actual) se divide para operación continua y de 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 un amperaje continuo máximo de 0,6 A por 10 µs hasta 850 µs (con el valor 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 enchufe presente ), como se muestra en el ejemplo de configuración de pines SAE J1772, describe el interruptor, S3, como si estuviera 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 proporciona un cambio de voltaje en la línea para permitir que el vehículo eléctrico inicie un apagado controlado antes de la desconexión real de las clavijas 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 IEC 62196, el pin de proximidad también se utiliza para indicar la capacidad del cable; esto es relevante para 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 arriba), según lo definido por los valores para el rango de interpretación recomendado.
Rc se coloca entre el PP y el PE, dentro del conjunto de cables desmontables.
[31]
En un estándar actualizado previsto para 2012, SAE propone utilizar comunicación por línea eléctrica , específicamente IEEE 1901 , entre el vehículo, la estación de carga externa y la red inteligente , sin requerir un pin adicional; SAE y la Asociación de Estándares IEEE están compartiendo sus borradores de estándares 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, 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 externo y el PEV se produce en el cable piloto del conector SAE J1772 a través de la comunicación de línea de alimentación (PLC) HomePlug Green PHY. [33] [34] [35]
Una propuesta competitiva conocida como conector Mennekes iniciada por RWE y Daimler se estandarizó en la norma IEC 62196 de 2011 como su conector Tipo 2. Ha sido ampliamente adoptado como 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 publicó una mejora del conector UE adaptada al mercado industrial norteamericano que permite hasta 160 A/166 kW con potencia 3φ .
El mismo estándar IEC 62196-2 también especifica un par de conectores tipo 3 de Scame Global que proporcionan un acoplador monofásico y trifásico con contraventanas. [12] Después de la aprobación de 2016 por parte de la IEC para una pequeña modificación en el conector Mennekes que permite opcionalmente contraventanas, el Tipo 3 ha quedado obsoleto.
Tokyo Electric Power Company ha desarrollado una especificación exclusivamente para la carga rápida de CC de alto voltaje de automóviles utilizando el conector JARI DC y formó la asociación CHAdeMO ( charge de move , equivalente a "cargar por moverse") con los fabricantes de automóviles japoneses Mitsubishi , Nissan y Subaru para promover él. [37]
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{{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )Estandarización de 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}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )Sección 1962.3.
Requisitos de carga de vehículos eléctricos
Underwriters Laboratories ha completado las pruebas de certificación del conector desarrollado por
Yazaki
.
J3068 adopta el acoplador europeo tipo 2, 5 cables con neutro y agrega un enlace de datos simple, robusto, económico y establecido: el ancho del pulso
LIN
es el mismo que el 5 %
de PWM
, por lo que los filtros no cambian.
Cuando un enchufe estándar J1772 (como el Volt) se desconecta del vehículo, no hay voltaje presente en las clavijas.
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