Обзор североамериканских стандартов зарядки для транспортных средств на новых источниках энергии

Давайте посмотрим на следующее:

Выпущенный в 1996 году стандарт SAE J1772 использует пятиконтактный разъем, поддерживает зарядку при напряжении 120 В/240 В переменного тока и имеет максимальную мощность около 19 кВт. CCS1 создан на основе J1772 с добавлением двухконтактного разъема постоянного тока, что позволяет создать разделенную верхнюю и нижнюю часть конструкции. Сторона постоянного тока поддерживает максимум 1000 В/400 А с ограничением мощности приблизительно 350 кВт. Ранние модели таких автопроизводителей, как General Motors и Ford, переняли этот стандарт.

Основные элементы стандарта SAE J1772 можно обобщить следующим образом: «один интерфейс, два уровня мощности, пять контактов, полное квитирование и множественные защиты».
Один интерфейс : Это определяет физический интерфейс соединения между электромобилями и зарядными станциями в Северной Америке, известный как «Тип 1» или «J-образный разъем», и служит основой для последующего гнездового разъема CCS1 (Combo) для быстрой зарядки постоянного тока.
Два уровня мощности : Стандарт разделяет зарядку переменного тока на Уровень 1 и Уровень 2. Уровень 1 использует однофазное сетевое питание 120 В с силой тока 12–16А и мощность 1.4–1,9 кВт, подходит для медленной зарядки дома в течение ночи. Уровень 2 использует однофазное питание 240 В с максимальной силой тока 80 А и мощностью до 19,2 кВт, подходит для использования в жилых и общественных помещениях.
Пять булавок : Интерфейс имеет пять контактов: L1 (фаза), N (нейтраль), PE (защитное заземление), CP (контрольный контакт) и PP (контакт бесконтактного датчика). Совместно CP и PP обеспечивают ШИМ-связь и обнаружение розетки между транспортным средством и зарядной станцией, гарантируя подачу питания только после завершения безопасного соединения и согласования параметров.

Полное рукопожатие : Перед зарядкой рабочий цикл сигнала ШИМ частотой 1 кГц на линии CP представляет собой максимальный ток, который может обеспечить зарядный блок. Зарядный блок переключается в «Состояние C» для официальной выдачи мощности только после того, как транспортное средство обнаружит рабочий цикл и замкнет внутреннее реле S2. Если сигнал потерян или состояние ненормальное, система немедленно отключается.

Множественная защита : Стандарт предусматривает механизмы безопасности, такие как защита от перегрузки по току, перегрева, утечки, контроль изоляции, а также защита от неправильного подключения и отключения. Корпус разъема имеет двойную страховку из механического замка и микропереключателя для предотвращения извлечения под напряжением и случайного отсоединения.

Благодаря этим пяти элементам стандарт SAE J1772 обеспечивает унифицированную, безопасную и масштабируемую структуру зарядки переменного тока для североамериканских электромобилей. Он также формирует основу для последующего комбинированного интерфейса быстрой зарядки постоянным током CCS1 (Combined Charging System 1). Поскольку CCS1 расширяет стандарт интерфейса переменного тока SAE J1772 и разрабатывает спецификацию быстрой зарядки постоянным током, его часто называют «SAE J1772 Combo».

Основные элементы CCS1 можно охарактеризовать как один интерфейс, два метода зарядки, семиконтактную структуру и унифицированные коммуникации. Во-первых, на основе пятиконтактной конструкции переменного тока SAE J1772 два сильноточных контакта постоянного тока (DC+ и DC-) добавляются рядом ниже, образуя семиконтактный интегрированный штекер, отсюда и название Combo 1. При использовании отдельно верхняя половина функционирует как медленное зарядное устройство переменного тока J1772 с максимальной мощностью приблизительно 7,4 кВт. Когда зарядное устройство постоянного тока полностью вставлено, два нижних контакта обеспечивают быструю зарядку постоянным током с максимальной мощностью 350 кВт, 1000 В/500 А.

Во-вторых, уровни связи и управления единообразно полагаются на вывод CP (Control Pilot): сигналы ШИМ используются для завершения базовых квитирований на этапе переменного тока, а несущие линии электропередач (PLC) накладываются на ту же пару линий CP-PE на этапе постоянного тока для реализации расширенной связи ISO 151118, завершая все управление процессом, включая согласование параметров зарядки, обнаружение изоляции и мониторинг неисправностей.

Что касается безопасности и совместимости, разъем PE обеспечивает защитное заземление, а разъем PP использует кодировку сопротивления для подтверждения состояния подключения наконечника горелки и ограничения тока кабеля. Механический замок и микропереключатель предотвращают выдергивание резака при включении питания, обеспечивая безопасность человека и машины. Подводя итог, можно сказать, что CCS1 использует «комбинированный разъем» для обеспечения как медленной зарядки переменным током, так и быстрой зарядки постоянным током, используя гнездовой разъем J1772, структуру с семью контактами и CP-PLC в качестве унифицированного метода связи. Это позволяет создать в Северной Америке экосистему быстрой зарядки со скоростью до 350 кВт.

Изначально NACS был фирменным интерфейсом Tesla. В 2022 году Tesla открыла его и переименовала в NACS, который затем был принят SAE в качестве рекомендуемого стандарта SAE J3400 в 2024 году. NACS отличается интегрированной, ультратонкой конструкцией, использующей небольшой интерфейс для зарядки переменного и постоянного тока. Несмотря на то, что он вдвое меньше CCS, он поддерживает быструю зарядку постоянным током со скоростью до 1000 кВт.

Основное содержание SAE J3400 можно свести к пяти пунктам::

Интегрированный интерфейс : одна и та же компактная вилка объединяет два набора контактов переменного и постоянного тока, устраняя необходимость «разделения» верхней и нижней частей, как в CCS1. Общий размер примерно вдвое меньше, чем у CCS1, а вес меньше.

Номинальная мощность : До 80 А/500 В (&асимп.;19 кВт) в режиме переменного тока, при этом 500 А/1000 В (&асимп.;500 кВт) уже находятся в массовом производстве в режиме постоянного тока. Технические характеристики предусматривают возможность модернизации до 1 МВт.
Пин-код и коммуникация : Пятижильная компоновка используется для положительного и отрицательного полюсов постоянного тока, фазы/нейтрали переменного тока, заземления, управляющего пилота (CP) и бесконтактного пилота (PP). Протокол связи соответствует стандарту ISO 15118/DIN 70121, что делает его совместимым с существующей логикой управления CCS и позволяет повторно использовать электронные блоки управления транспортного средства.

Безопасность и сертификация : Соответствует обязательным североамериканским системам безопасности и качества, таким как UL 2251, SAE J3400 и IATF 16949. Интерфейс оснащен датчиком температуры, механической блокировкой, защитой от поражения электрическим током (IP2XB) и защитой IP67.

Рынок и экосистема : После того, как Tesla открыла свои двери, более десяти североамериканских автопроизводителей, включая Ford, General Motors, Rivian, Volvo и Mercedes-Benz, объявили, что они начнут внедрять систему NACS на внутреннем рынке, начиная с 2024–2025 гг. В то же время сторонние компании, производящие зарядные сваи, также выпустили сертифицированные UL/SAE зарядные пистолеты и модули NACS, а североамериканские сети общего пользования начали одновременно развертывать решения с двумя пистолетами или адаптерами NACS и CCS.

Краткое содержание
Из вышеизложенного понимания этих двух стандартов следует, что SAE J1772 и SAE J3400 имеют неотъемлемую логическую связь наследования и развития. SAE J3400 — это комплексная модернизация и расширение SAE J1772. SAE J3400 поддерживает не только зарядку переменным током, но и быструю зарядку постоянным током с максимальным номинальным током 900 А. Если зарядка осуществляется одновременно через встроенный зарядный порт и разъем, максимальный ток может достигать 1000 А. Кроме того, он включает в себя технологию V2G и соответствует требованиям резервного питания, что значительно расширяет его функциональность по сравнению с SAE J1772. Стандарт SAE J3400 поддерживает цифровую связь между транспортным средством и зарядным устройством, обеспечивая более эффективный обмен информацией и устранение неисправностей. Например, он включает в себя минимальное количество кодов ошибок, используемых ChargeX Alliance для быстрой зарядки постоянным током, что повышает интеллектуальность и надежность системы зарядки. Таким образом, нынешний североамериканский рынок находится на этапе сосуществования CCS1 и NACS: CCS1 по-прежнему используется в некоторых продаваемых моделях, в то время как NACS быстро вытесняет CCS1 и становится основным направлением в будущем благодаря более высокой мощности, меньшим размерам и более широкой сети наддува.