Visão geral dos padrões de carregamento norte-americanos para veículos de nova energia

Vamos dar uma olhada no seguinte:

Lançado em 1996, o SAE J1772 utiliza um conector de cinco pinos, suporta carregamento de 120 V/240 V CA e tem uma potência máxima de aproximadamente 19 kW. O CCS1 se baseia no J1772 adicionando um conector DC de dois pinos, criando um design dividido nas partes superior e inferior. O lado CC suporta um máximo de 1000 V/400 A, com um limite de potência de aproximadamente 350 kW. Os primeiros modelos de montadoras como General Motors e Ford adotaram esse padrão.

Os elementos principais do padrão SAE J1772 podem ser resumidos como "uma interface, dois níveis de potência, cinco pinos, handshake completo e múltiplas proteções".
Uma interface : Isso define a interface de conexão física entre veículos elétricos e estações de carregamento na América do Norte, conhecida como "Tipo 1" ou "plugue J", e serve como base para o conector fêmea do carregador rápido CCS1 (Combo) CC subsequente.
Dois níveis de potência :O padrão divide o carregamento CA em Nível 1 e Nível 2. O nível 1 utiliza alimentação de rede monofásica de 120 V, com uma corrente de 12–16A e uma potência de 1.4–1,9 kW, adequado para carregamento lento em casa durante a noite. O nível 2 utiliza energia monofásica de 240 V, com corrente máxima de 80 A e potência de até 19,2 kW, adequada para uso residencial ou público.
Cinco pinos : A interface tem cinco pinos: L1 (fase), N (neutro), PE (terra de proteção), CP (pino de controle) e PP (pino de proximidade). Juntos, o CP e o PP facilitam a comunicação PWM e a detecção de plugues entre o veículo e a estação de carregamento, garantindo que a energia seja fornecida somente quando uma conexão segura e a negociação de parâmetros forem concluídas.

Aperto de mão completo :Antes do carregamento, o ciclo de trabalho do sinal PWM de 1 kHz na linha CP representa a corrente máxima que a pilha de carregamento pode fornecer. A pilha de carga muda para o "Estado C" para emitir energia oficialmente somente após o veículo detectar o ciclo de trabalho e fechar o relé interno S2. Se o sinal for perdido ou o estado for anormal, o sistema será desligado imediatamente.

Proteções múltiplas :A norma estipula mecanismos de segurança como sobrecorrente, sobretemperatura, vazamento, monitoramento de isolamento e conexão e desconexão incorretas. O corpo do conector possui dupla proteção de trava mecânica e microinterruptor para evitar extração ativa e desconexão acidental.

Por meio desses cinco elementos, o SAE J1772 fornece uma estrutura de carregamento CA unificada, segura e escalável para veículos elétricos norte-americanos. Ele também forma a base para a subsequente interface combinada de carregamento rápido CC, CCS1 (Sistema de Carregamento Combinado 1). Como o CCS1 expande o padrão de interface CA SAE J1772 e desenvolve uma especificação de carregamento rápido CC, ele é frequentemente chamado de "SAE J1772 Combo".

Os elementos principais do CCS1 podem ser resumidos como uma interface, dois métodos de carregamento, uma estrutura de sete pinos e comunicações unificadas. Primeiro, com base no design CA de cinco pinos SAE J1772, dois pinos CC de alta corrente (CC+ e CC-) são adicionados lado a lado abaixo, formando um plugue integrado de sete pinos, daí o nome Combo 1. Quando usada sozinha, a metade superior funciona como um carregador lento CA J1772 com potência máxima de aproximadamente 7,4 kW. Quando o carregador CC estiver totalmente inserido, os dois pinos inferiores realizam o carregamento rápido CC com uma potência máxima de 350 kW, 1000 V/500 A.

Em segundo lugar, as camadas de comunicação e controle dependem uniformemente do pino CP (Control Pilot): sinais PWM são usados para completar handshakes básicos no estágio CA, e portadoras de linha de energia (PLC) são sobrepostas no mesmo par de linhas CP-PE no estágio CC para implementar a comunicação avançada ISO 151118, completando todo o gerenciamento do processo, incluindo negociação de parâmetros de carga, detecção de isolamento e monitoramento de falhas.

Em relação à segurança e compatibilidade, o conector PE fornece proteção de aterramento, enquanto o conector PP usa codificação de resistência para confirmar o status da conexão da ponta da tocha e o limite de corrente do cabo. Uma trava mecânica e um microinterruptor evitam que a tocha seja puxada enquanto estiver energizada, garantindo a segurança humana e da máquina. Em resumo, o CCS1 usa um "conector combinado" para cobrir tanto o carregamento lento CA quanto o carregamento rápido CC, utilizando um conector fêmea J1772, uma estrutura de sete pinos e CP-PLC como um método de comunicação unificado. Isso permite um ecossistema de carregamento rápido na América do Norte, com velocidades de até 350 kW.

NACS era originalmente a interface proprietária da Tesla. Em 2022, a Tesla o abriu e o renomeou para NACS, que foi então adotado pela SAE como o padrão recomendado, SAE J3400, em 2024. O NACS apresenta um design ultrafino integrado, compartilhando uma pequena interface para carregamento CA e CC. Embora tenha metade do tamanho do CCS, ele suporta carregamento rápido CC em velocidades de até 1000 kW.

O conteúdo principal do SAE J3400 pode ser resumido em cinco pontos:

Interface integrada : O mesmo plugue compacto integra dois conjuntos de contatos CA e CC, eliminando a necessidade de "dividir" as partes superior e inferior como o CCS1. O tamanho geral é cerca de metade do CCS1 e o peso é mais leve.

Classificação de potência : Até 80A/500V (&assim;19 kW) no modo CA, com 500A/1000V (&assim;500kW) já em produção em massa no modo CC. As especificações permitem atualizações de até 1 MW.
Pin e comunicação :Um layout de cinco núcleos é usado para polos positivos e negativos de CC, fase/neutro de CA, aterramento, piloto de controle (CP) e piloto de proximidade (PP). O protocolo de comunicação segue a norma ISO 15118/DIN 70121, tornando-o compatível com a lógica de controle CCS existente e permitindo a reutilização direta de unidades de controle eletrônico do lado do veículo.

Segurança e Certificação : Em conformidade com os sistemas obrigatórios de segurança e qualidade da América do Norte, como UL 2251, SAE J3400 e IATF 16949. A interface possui detecção de temperatura, travamento mecânico, proteção contra choque elétrico (IP2XB) e proteção IP67.

Mercado e Ecossistema :Após a inauguração da Tesla, mais de dez montadoras norte-americanas, incluindo Ford, General Motors, Rivian, Volvo e Mercedes-Benz, anunciaram que adotariam o NACS nativamente a partir de 2024-2025. Ao mesmo tempo, empresas terceirizadas de estações de carregamento também lançaram módulos e pistolas de carregamento NACS com certificação UL/SAE, e redes públicas norte-americanas começaram a implantar simultaneamente soluções de pistola dupla ou adaptador NACS e CCS.

Resumo
Por meio da compreensão acima desses dois padrões, podemos ver que SAE J1772 e SAE J3400 compartilham uma relação lógica inerente de herança e desenvolvimento. O SAE J3400 é uma atualização e expansão abrangente do SAE J1772. O SAE J3400 suporta não apenas carregamento CA, mas também carregamento rápido CC, com uma corrente máxima especificada de 900 A. Se o carregamento for realizado simultaneamente usando a porta de carregamento integrada e o conector, a corrente máxima pode chegar a 1000 A. Além disso, ele incorpora a tecnologia V2G e atende aos requisitos de energia de reserva, expandindo significativamente sua funcionalidade em comparação ao SAE J1772. O padrão SAE J3400 oferece suporte à comunicação digital entre o veículo e o dispositivo de carregamento, permitindo troca de informações e solução de problemas mais eficientes. Por exemplo, ele incorpora os códigos de erro mínimos usados pela ChargeX Alliance para carregamento rápido CC, aprimorando a inteligência e a confiabilidade do sistema de carregamento. Portanto, o atual mercado norte-americano está em um estágio em que o CCS1 e o NACS coexistem: o CCS1 ainda é usado por alguns modelos à venda, enquanto o NACS está rapidamente substituindo o CCS1 e se tornando o principal no futuro com sua maior potência, tamanho menor e rede de superalimentação mais ampla.