نظرة عامة على معايير الشحن في أمريكا الشمالية لمركبات الطاقة الجديدة

دعونا نلقي نظرة على ما يلي:

تم إصدار SAE J1772 في عام 1996، ويستخدم موصلًا بخمسة دبابيس، ويدعم شحن التيار المتردد 120 فولت/240 فولت، ويبلغ الحد الأقصى للطاقة حوالي 19 كيلو وات. يعتمد CCS1 على J1772 عن طريق إضافة موصل DC ثنائي الدبابيس، مما يؤدي إلى إنشاء تصميم منفصل علوي وسفلي. يدعم جانب التيار المستمر الحد الأقصى 1000 فولت/400 أمبير، مع حد طاقة يبلغ حوالي 350 كيلو وات. وقد اعتمدت النماذج المبكرة من شركات صناعة السيارات مثل جنرال موتورز وفورد هذا المعيار.

يمكن تلخيص العناصر الأساسية لمعيار SAE J1772 على أنها "واجهة واحدة، ومستويين للطاقة، وخمسة دبابيس، ومصافحة كاملة، وحماية متعددة".
واجهة واحدة :يحدد هذا واجهة الاتصال المادية بين المركبات الكهربائية ومحطات الشحن في أمريكا الشمالية، والمعروفة باسم "النوع 1" أو "المقبس J"، ويعمل كأساس لموصل الشاحن السريع DC CCS1 (Combo) اللاحق.
مستويين للطاقة :يقسم المعيار شحن التيار المتردد إلى المستوى 1 والمستوى 2. يستخدم المستوى 1 طاقة التيار الكهربائي أحادية الطور 120 فولت، مع تيار يبلغ 12–16A وقوة 1.4–1.9 كيلو وات، مناسبة للشحن البطيء في المنزل طوال الليل. يستخدم المستوى 2 طاقة أحادية الطور 240 فولت، مع تيار أقصى يبلغ 80 أمبير وقوة تصل إلى 19.2 كيلو وات، وهو مناسب للاستخدام السكني أو العام.
خمسة دبابيس :تحتوي الواجهة على خمسة دبابيس: L1 (مباشر)، N (محايد)، PE (الأرض الواقية)، CP (دبوس التحكم)، و PP (دبوس القرب). يعمل CP وPP معًا على تسهيل اتصال PWM واكتشاف القابس بين السيارة ومحطة الشحن، مما يضمن توفير الطاقة فقط عند اكتمال الاتصال الآمن والتفاوض على المعلمات.

المصافحة الكاملة :قبل الشحن، تمثل دورة عمل إشارة PWM بمقدار 1 كيلو هرتز على خط CP الحد الأقصى للتيار الذي يمكن أن توفره كومة الشحن. يتم تحويل كومة الشحن إلى "الحالة C" لإخراج الطاقة رسميًا فقط بعد أن تكتشف المركبة دورة العمل وتغلق مرحل داخلي S2. في حالة فقدان الإشارة أو كانت الحالة غير طبيعية، يتم إيقاف تشغيل النظام على الفور.

حماية متعددة :تنص المواصفة على آليات السلامة مثل التيار الزائد، وارتفاع درجة الحرارة، والتسرب، ومراقبة العزل، ومكافحة التوصيل وفصل التوصيلات بشكل غير صحيح. يتمتع جسم الموصل بتأمين مزدوج يتمثل في القفل الميكانيكي والمفتاح الدقيق لمنع الاستخراج المباشر والانقطاع العرضي.

من خلال هذه العناصر الخمسة، توفر SAE J1772 إطار عمل موحد وآمن وقابل للتطوير لشحن التيار المتردد للسيارات الكهربائية في أمريكا الشمالية. ويشكل أيضًا الأساس لواجهة الشحن السريع DC اللاحقة، CCS1 (نظام الشحن المشترك 1). نظرًا لأن CCS1 يتوسع في معيار واجهة التيار المتردد SAE J1772 ويطور مواصفات الشحن السريع للتيار المستمر، فغالبًا ما يشار إليه باسم "SAE J1772 Combo".

يمكن تلخيص العناصر الأساسية لـ CCS1 في واجهة واحدة، وطريقتين للشحن، وهيكل مكون من سبعة دبابيس، واتصالات موحدة. أولاً، استنادًا إلى تصميم التيار المتردد ذي الخمسة دبابيس SAE J1772، تتم إضافة دبوسين للتيار المستمر عالي التيار (DC+ وDC-) جنبًا إلى جنب في الأسفل، لتشكيل قابس متكامل ذي سبعة دبابيس، ومن هنا جاء اسم Combo 1. عند استخدامه بمفرده، يعمل النصف العلوي كشاحن بطيء للتيار المتردد J1772 بقوة قصوى تبلغ حوالي 7.4 كيلو وات. عندما يتم إدخال شاحن التيار المستمر بالكامل، يتعامل الدبابيس السفليان مع الشحن السريع للتيار المستمر بقوة قصوى تبلغ 350 كيلو وات، 1000 فولت/500 أمبير.

ثانيًا، تعتمد طبقات الاتصال والتحكم بشكل موحد على دبوس CP (طيار التحكم): تُستخدم إشارات PWM لإكمال المصافحات الأساسية في مرحلة التيار المتردد، ويتم فرض حاملات خطوط الطاقة (PLC) على نفس زوج خطوط CP-PE في مرحلة التيار المستمر لتنفيذ الاتصالات المتقدمة وفقًا لمعيار ISO 151118، واستكمال إدارة العملية بأكملها بما في ذلك التفاوض على معلمات الشحن، واكتشاف العزل، ومراقبة الأخطاء.

فيما يتعلق بالسلامة والتوافق، يوفر موصل PE حماية التأريض، بينما يستخدم موصل PP ترميز المقاومة لتأكيد حالة اتصال طرف الشعلة وحد تيار الكابل. يمنع القفل الميكانيكي والمفتاح الدقيق سحب الشعلة أثناء تشغيلها، مما يضمن سلامة الإنسان والآلة. باختصار، يستخدم CCS1 "موصلًا مشتركًا" لتغطية كل من الشحن البطيء بالتيار المتردد والشحن السريع بالتيار المستمر، باستخدام موصل أنثى J1772، وهيكل مكون من سبعة دبابيس، وCP-PLC كطريقة اتصال موحدة. وهذا يسمح بإنشاء نظام شحن سريع في أمريكا الشمالية بسرعات تصل إلى 350 كيلو وات.

كانت NACS في الأصل واجهة مملوكة لشركة Tesla. في عام 2022، قامت شركة تسلا بفتحه وإعادة تسميته إلى NACS، والذي تم اعتماده بعد ذلك من قبل SAE كمعيار موصى به، SAE J3400، في عام 2024. يتميز NACS بتصميم متكامل ورفيع للغاية، ويشارك في واجهة صغيرة لشحن التيار المتردد والتيار المستمر. على الرغم من أن حجمه يبلغ نصف حجم CCS، إلا أنه يدعم الشحن السريع DC بسرعات تصل إلى 1000 كيلو وات.

يمكن تلخيص المحتوى الأساسي لـ SAE J3400 في خمس نقاط:

واجهة متكاملة :يدمج نفس القابس المدمج مجموعتين من جهات اتصال التيار المتردد والتيار المستمر، مما يزيل الحاجة إلى "تقسيم" الأجزاء العلوية والسفلية مثل CCS1. الحجم الإجمالي هو نصف حجم CCS1 تقريبًا والوزن أخف.

تصنيف الطاقة :حتى 80 أمبير/500 فولت (≈19 كيلو وات) في وضع التيار المتردد، مع 500 أمبير/1000 فولت (≈500 كيلو وات) موجودة بالفعل في الإنتاج الضخم في وضع التيار المستمر. تسمح المواصفات بالترقيات حتى 1 ميجاوات.
الدبوس والتواصل :يتم استخدام تصميم مكون من خمسة أنوية للأقطاب الموجبة والسالبة للتيار المستمر، والتيار المتردد الحي/المحايد، والأرضي، والطيار المتحكم (CP)، والطيار القريب (PP). يتبع بروتوكول الاتصال ISO 15118/DIN 70121، مما يجعله متوافقًا مع منطق التحكم CCS الحالي ويتيح إعادة الاستخدام المباشر لوحدات التحكم الإلكترونية الموجودة على جانب السيارة.

السلامة والشهادات :يتوافق مع أنظمة السلامة والجودة الإلزامية في أمريكا الشمالية مثل UL 2251 وSAE J3400 وIATF 16949. تتميز الواجهة باستشعار درجة الحرارة، والقفل الميكانيكي، والحماية من الصدمات الكهربائية (IP2XB)، والحماية IP67.

السوق والنظام البيئي :بعد افتتاح شركة Tesla، أعلنت أكثر من عشر شركات لصناعة السيارات في أمريكا الشمالية، بما في ذلك Ford وGeneral Motors وRivian وVolvo وMercedes-Benz، أنها ستتبنى نظام NACS بشكل أصلي بدءًا من عامي 2024 و2025. وفي الوقت نفسه، أطلقت شركات شحن الطرف الثالث أيضًا بنادق ووحدات شحن NACS المعتمدة من UL/SAE، وبدأت الشبكات العامة في أمريكا الشمالية في نشر حلول البنادق المزدوجة أو المحولات NACS وCCS في وقت واحد.

ملخص
ومن خلال الفهم أعلاه لهذين المعيارين، يمكننا أن نرى أن SAE J1772 وSAE J3400 يشتركان في علاقة منطقية متأصلة بين الوراثة والتطوير. SAE J3400 هو ترقية شاملة وتوسعة لـ SAE J1772. يدعم SAE J3400 ليس فقط الشحن بالتيار المتردد ولكن أيضًا الشحن السريع بالتيار المستمر، مع تيار أقصى محدد يبلغ 900 أمبير. إذا تم إجراء الشحن في وقت واحد باستخدام منفذ الشحن الموجود على اللوحة والموصل، يمكن أن يصل التيار الأقصى إلى 1000 أمبير. علاوة على ذلك، فهو يشتمل على تقنية V2G ويلبي متطلبات الطاقة الاحتياطية، مما يؤدي إلى توسيع وظائفه بشكل كبير مقارنةً بـ SAE J1772. يدعم معيار SAE J3400 الاتصال الرقمي بين السيارة وجهاز الشحن، مما يتيح تبادل المعلومات واستكشاف الأخطاء وإصلاحها بشكل أكثر كفاءة. على سبيل المثال، فهو يتضمن الحد الأدنى من رموز الأخطاء المستخدمة من قبل تحالف ChargeX للشحن السريع بالتيار المستمر، مما يعزز ذكاء وموثوقية نظام الشحن. لذلك، فإن السوق الحالية في أمريكا الشمالية في مرحلة حيث يتعايش CCS1 وNACS: لا يزال يتم استخدام CCS1 في بعض النماذج المعروضة للبيع، بينما يحل NACS محل CCS1 بسرعة ويصبح التيار الرئيسي في المستقبل بفضل قوته الأعلى وحجمه الأصغر وشبكة الشحن الفائق الأوسع.