Descripción general de los estándares de carga de América del Norte para vehículos de nueva energía

Veamos lo siguiente::

Lanzado en 1996, SAE J1772 utiliza un conector de cinco pines, admite carga de CA de 120 V/240 V y tiene una potencia máxima de aproximadamente 19 kW. CCS1 se basa en J1772 agregando un conector de CC de dos pines, lo que crea un diseño dividido superior e inferior. El lado de CC admite un máximo de 1000 V/400 A, con un límite de potencia de aproximadamente 350 kW. Los primeros modelos de fabricantes de automóviles como General Motors y Ford adoptaron este estándar.

Los elementos centrales del estándar SAE J1772 se pueden resumir como "una interfaz, dos niveles de potencia, cinco pines, protocolo de enlace completo y múltiples protecciones".
Una interfaz :Esto define la interfaz de conexión física entre los vehículos eléctricos y las estaciones de carga en América del Norte, conocida como "Tipo 1" o "enchufe J", y sirve como base para el posterior conector hembra del cargador rápido de CC CCS1 (Combo).
Dos niveles de potencia :El estándar divide la carga de CA en Nivel 1 y Nivel 2. El nivel 1 utiliza una red eléctrica monofásica de 120 V, con una corriente de 12–16A y una potencia de 1.4–1,9 kW, adecuado para una carga lenta en casa durante la noche. El nivel 2 utiliza energía monofásica de 240 V, con una corriente máxima de 80 A y una potencia de hasta 19,2 kW, adecuada para uso residencial o público.
Cinco pines :La interfaz tiene cinco pines: L1 (activo), N (neutro), PE (tierra de protección), CP (pin de control) y PP (pin de proximidad). CP y PP juntos facilitan la comunicación PWM y la detección de enchufes entre el vehículo y la estación de carga, lo que garantiza que solo se suministre energía cuando se complete una conexión segura y la negociación de parámetros.

Apretón de manos completo :Antes de cargar, el ciclo de trabajo de la señal PWM de 1 kHz en la línea CP representa la corriente máxima que la pila de carga puede proporcionar. La pila de carga cambia al “Estado C” para emitir energía oficialmente solo después de que el vehículo detecta el ciclo de trabajo y cierra el relé interno S2. Si se pierde la señal o el estado es anormal, el sistema se apaga inmediatamente.

Protecciones múltiples :La norma estipula mecanismos de seguridad tales como sobrecorriente, sobretemperatura, fugas, monitoreo de aislamiento y conexión y desconexión anti-incorrectas. El cuerpo del conector tiene doble seguro de bloqueo mecánico y microinterruptor para evitar extracción en vivo y desconexión accidental.

A través de estos cinco elementos, SAE J1772 proporciona un marco de carga de CA unificado, seguro y escalable para vehículos eléctricos de América del Norte. También constituye la base para la siguiente interfaz combinada de carga rápida de CC, CCS1 (Sistema de carga combinada 1). Debido a que CCS1 amplía el estándar de interfaz de CA SAE J1772 y desarrolla una especificación de carga rápida de CC, a menudo se lo denomina "SAE J1772 Combo".

Los elementos principales del CCS1 se pueden resumir en una interfaz, dos métodos de carga, una estructura de siete pines y comunicaciones unificadas. En primer lugar, basándose en el diseño de CA de cinco pines SAE J1772, se agregan dos pines de CC de alta corriente (CC+ y CC-) uno al lado del otro a continuación, formando un enchufe integrado de siete pines, de ahí el nombre Combo 1. Cuando se utiliza sola, la mitad superior funciona como un cargador lento de CA J1772 con una potencia máxima de aproximadamente 7,4 kW. Cuando el cargador de CC está completamente insertado, los dos pines inferiores manejan la carga rápida de CC con una potencia máxima de 350 kW, 1000 V/500 A.

En segundo lugar, las capas de comunicación y control se basan uniformemente en el pin CP (Control Pilot): las señales PWM se utilizan para completar los protocolos de enlace básicos en la etapa de CA, y los portadores de línea de potencia (PLC) se superponen en el mismo par de líneas CP-PE en la etapa de CC para implementar la comunicación avanzada ISO 151118, completando toda la gestión del proceso, incluida la negociación de parámetros de carga, la detección de aislamiento y el monitoreo de fallas.

En cuanto a seguridad y compatibilidad, el conector PE proporciona protección de conexión a tierra, mientras que el conector PP utiliza codificación de resistencia para confirmar el estado de conexión de la punta de la antorcha y el límite de corriente del cable. Un bloqueo mecánico y un microinterruptor evitan que se tire de la antorcha mientras está encendida, lo que garantiza la seguridad de las personas y de la máquina. En resumen, el CCS1 utiliza un "conector combinado" para cubrir tanto la carga lenta de CA como la carga rápida de CC, utilizando un conector hembra J1772, una estructura de siete pines y CP-PLC como método de comunicación unificado. Esto permite un ecosistema de carga rápida en América del Norte con velocidades de hasta 350 kW.

NACS era originalmente una interfaz propietaria de Tesla. En 2022, Tesla lo abrió y lo renombró NACS, que luego fue adoptado por la SAE como el estándar recomendado, SAE J3400, en 2024. NACS presenta un diseño ultradelgado integrado y comparte una pequeña interfaz para carga de CA y CC. Si bien tiene la mitad del tamaño del CCS, admite una carga rápida de CC a velocidades de hasta 1000 kW.

El contenido principal de SAE J3400 se puede resumir en cinco puntos:

Interfaz integrada :El mismo enchufe compacto integra dos juegos de contactos de CA y CC, eliminando la necesidad de "dividir" las partes superior e inferior como el CCS1. El tamaño total es aproximadamente la mitad del CCS1 y el peso es menor.

Potencia nominal :Hasta 80 A/500 V (≈19 kW) en modo CA, con 500 A/1000 V (≈500 kW) ya en producción en masa en modo CC. Las especificaciones permiten actualizaciones de hasta 1 MW.
Pin y comunicación :Se utiliza un diseño de cinco núcleos para los polos positivo y negativo de CC, CA activo/neutro, tierra, piloto de control (CP) y piloto de proximidad (PP). El protocolo de comunicación sigue la norma ISO 15118/DIN 70121, lo que lo hace compatible con la lógica de control CCS existente y permite la reutilización directa de las unidades de control electrónico del lado del vehículo.

Seguridad y Certificación :Cumple con los sistemas de seguridad y calidad obligatorios de América del Norte, como UL 2251, SAE J3400 e IATF 16949. La interfaz cuenta con detección de temperatura, bloqueo mecánico, protección contra descargas eléctricas (IP2XB) y protección IP67.

Mercado y ecosistema :Después de la apertura de Tesla, más de diez fabricantes de automóviles de América del Norte, incluidos Ford, General Motors, Rivian, Volvo y Mercedes-Benz, anunciaron que adoptarían NACS de forma nativa a partir de 2024-2025. Al mismo tiempo, las compañías de pilas de carga de terceros también lanzaron pistolas y módulos de carga NACS con certificación UL/SAE, y las redes públicas de América del Norte comenzaron a implementar simultáneamente soluciones de adaptadores o pistolas duales NACS y CCS.

Resumen
A través de la comprensión anterior de estas dos normas, podemos ver que SAE J1772 y SAE J3400 comparten una relación lógica inherente de herencia y desarrollo. SAE J3400 es una actualización y expansión integral de SAE J1772. SAE J3400 admite no solo carga de CA sino también carga rápida de CC, con una corriente máxima especificada de 900 A. Si la carga se realiza simultáneamente utilizando el puerto de carga integrado y el conector, la corriente máxima puede alcanzar los 1000 A. Además, incorpora tecnología V2G y cumple con los requisitos de energía de respaldo, ampliando significativamente su funcionalidad en comparación con SAE J1772. El estándar SAE J3400 admite la comunicación digital entre el vehículo y el dispositivo de carga, lo que permite un intercambio de información y una resolución de problemas más eficientes. Por ejemplo, incorpora los códigos de error mínimos utilizados por ChargeX Alliance para la carga rápida de CC, mejorando la inteligencia y la confiabilidad del sistema de carga. Por lo tanto, el mercado norteamericano actual se encuentra en una etapa en la que CCS1 y NACS coexisten: CCS1 todavía se utiliza en algunos modelos a la venta, mientras que NACS está reemplazando rápidamente a CCS1 y se está convirtiendo en la corriente principal en el futuro con su mayor potencia, menor tamaño y red de supercarga más amplia.