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Articulo de referencia

SAE J1772

SAE J1772 , también conocido como conector J o conector tipo 1 según su norma internacional, IEC 62196 tipo 1, es una norma norteamericana para conectores eléctricos de vehículo...

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SAE J1772 , también conocido como conector J o conector tipo 1 según su norma internacional, IEC 62196 tipo 1, es una norma norteamericana para conectores eléctricos de vehículos eléctricos . SAE International la mantiene bajo el título formal "SAE Surface Vehicle Recommended Practice J1772, SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler". [ 1 ]

La SAE mantiene los requisitos generales físicos, eléctricos, de protocolo de comunicación y de rendimiento para el sistema de carga conductiva y el acoplador de vehículos eléctricos. El objetivo es definir una arquitectura común para el sistema de carga conductiva de vehículos eléctricos, incluyendo 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) . Estas abarcan desde dispositivos portátiles que pueden conectarse a una toma de corriente doméstica NEMA 5-15 que puede suministrar 1,44 kW (12 A a 120 V) hasta equipos cableados que pueden suministrar hasta 19,2 kW (80 A a 240 V). [ 2 ] Estos conectores a veces se denominan informalmente cargadores, pero son " equipos de suministro para vehículos eléctricos " (EVSE), ya que solo suministran energía de CA al cargador integrado del vehículo, que luego la convierte en la corriente continua (CC) necesaria para recargar la batería.      

El conector Combo 1 del Sistema de Carga Combinada (CCS) se basa en el estándar y añade dos pines adicionales para la carga rápida de CC de hasta 350  kW.

Historia

El conector Avcon antiguo , que se muestra aquí en una Ford Ranger EV.

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 el General Motors EV1 y el Toyota RAV4 EV, utilizaban Magne Charge (SAE J1773), un sistema inductivo . CARB rechazó la tecnología inductiva en favor del acoplamiento conductivo para suministrar electricidad para la recarga. En junio de 2001, CARB adoptó el estándar SAE J1772-2001 como la 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 suministrar hasta 6,6  kW de potencia eléctrica. [ 5 ] [ 6 ] Las regulaciones de California exigieron el uso de SAE J1772-2001 a partir del año modelo 2006.

Posteriormente, CARB solicitó una entrega de corriente mayor que los 6,6  kW que admitía la norma J1772 (Avcon) de 2001. Este proceso llevó a la propuesta de Yazaki de un nuevo diseño de conector redondo que permitía una entrega de potencia aumentada de hasta 19,2  kW a través de corriente alterna monofásica de 120–240 V a hasta 80 amperios. En 2008, CARB publicó una nueva norma que obligaba al uso del nuevo conector a partir del año modelo 2010; [ 7 ] esta fue aprobada en 2012. [ 8 ]

El conector Yazaki, fabricado según el nuevo estándar SAE J1772, superó con éxito la certificación de UL . Posteriormente, el comité de la SAE votó sobre la especificación del estándar en julio de 2009. [ 9 ] El 14 de enero de 2010, el Consejo de Vehículos Motorizados de la SAE adoptó la revisión 2009 del estándar SAE J1772. [ 10 ] Entre las empresas que participan o apoyan el estándar revisado de 2009 se encuentran smart , Chrysler , GM , Ford , Toyota , Honda , Nissan , Rivian y Tesla .

La especificación del conector SAE J1772-2009 se añadió posteriormente a la norma internacional IEC 62196-2 («Parte 2: Requisitos de compatibilidad dimensional e intercambiabilidad para accesorios de pines y tubos de contacto de CA»), y la votación sobre la especificación final estaba prevista para finalizar en mayo de 2011. [ 11 ]El conector SAE J1772 se considera una implementación de “Tipo 1” que proporciona un acoplador monofásico. [ 12 ]

Equipamiento del vehículo

La norma SAE J1772-2009 fue adoptada por los fabricantes de vehículos eléctricos en el Chevrolet Volt y el Nissan Leaf . El conector se convirtió en equipo estándar en el mercado estadounidense debido a la disponibilidad de estaciones de carga compatibles en la red nacional de vehículos eléctricos (gracias a financiación como el programa ChargePoint America, que recibe subvenciones de la Ley de Recuperación y Reinversión de Estados Unidos). [ 13 ] [ 14 ]

Las versiones europeas también estaban equipadas con una entrada SAE J1772-2009 hasta que la industria automotriz adoptó el conector IEC Tipo 2 “Mennekes” como estándar . Dado que todos los conectores IEC utilizan el mismo protocolo de señalización SAE J1772, los fabricantes venden automóviles con una entrada SAE J1772-2009 o una entrada IEC Tipo 2, según el mercado regional. También existen adaptadores (pasivos) que permiten convertir J1772-2009 a IEC Tipo 2 y viceversa. La única diferencia radica en que muchas versiones europeas cuentan con un cargador integrado que aprovecha la alimentación eléctrica trifásica con límites de voltaje y corriente más altos, incluso para el mismo modelo básico de vehículo eléctrico (como el Chevrolet Volt/Opel Ampera ). 

Sistema de Carga Combinada (CCS)

Entrada del vehículo CCS Combo 1 que muestra el conector J1772 y los dos pines de carga rápida de CC.

En 2011, SAE desarrolló una variante del conector J1772-2009, el acoplador combinado J1772/CCS. Este acoplador era compatible con el estándar del Sistema de Carga Combinada (CCS) para la carga rápida de corriente continua (CC), que incluye el conector J1772 estándar de 5 pines junto con dos pines adicionales de mayor tamaño para admitir la carga rápida de CC. El acoplador combinado 1 admite la carga a 200–920 voltios CC y hasta 350  kW.El acoplador combinado también utiliza tecnología de comunicación por 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 conector 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), manteniendo la compatibilidad total con la especificación SAE para carga de CC y el protocolo HomePlug Green PHY PLC. [ 18 ] En 2019, Tesla presentó el Model 3 con un enchufe CCS Combo 2 en Europa, pero no ha presentado modelos con CCS en EE. UU. Con la introducción del Model 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 y V4 europeos incluyen solo un cable de carga CCS. [ 19 ]

Propiedades

Conector

El conector J1772-2009 está diseñado para sistemas eléctricos monofásicos de corriente alterna de 120  V o 240  V, como los que se utilizan en Norteamérica y Japón. El conector redondo de 43 milímetros (1,7 pulgadas) de diámetro tiene una muesca y cinco pines (vistos desde el exterior del enchufe): [ 20 ] 

  1. ↑ La fila superior está espaciada 6,8 mm (0,27 pulg.) por encima de la línea central del conector y los pines están espaciados 15,7 mm (0,62 pulg.) entre sí alrededor de la línea central.
  2. ↑ La fila inferior está espaciada 10,6 mm (0,42 pulg.) por debajo de la línea central del conector.
  3. ↑ La fila central está espaciada 5,6 mm (0,22 pulg.) por debajo de la línea central del conector y los pines están espaciados 21,3 mm (0,84 pulg.) entre sí alrededor de la línea central.

El conector está diseñado para soportar 10 000 ciclos de acoplamiento (una conexión y una desconexión) y la exposición a la intemperie. Con un ciclo de acoplamiento por día, la vida útil del conector debería superar los 27 años. [ 23 ]

Mecanismo de liberación

El conector SAE J1772 o Tipo 1 se fija al coche mediante un gancho que se acciona manualmente, generalmente pulsando un botón con el pulgar, lo que interrumpe la alimentación. Esto permite que cualquiera detenga la carga e incluso robe el cable. Para evitarlo, el conector europeo IEC 62196 Tipo 2 dispone de aberturas laterales para el bloqueo y desbloqueo automáticos, que el propietario del coche acciona mediante un mando a distancia. Si el coche bloquea o desbloquea su conector, el cargador responde en consecuencia según la señal PP.

Además, el puerto de carga de muchos coches modernos con conector J1772 incorpora un pasador extensible que impide levantar el pestillo. Al extender este pasador, resulta imposible liberar el pestillo. De esta forma, el vehículo evita que se desconecte un conector J1772 enchufado. Esto es fundamental para la implementación del sistema CCS, donde el conector no está diseñado para interrumpir la alta corriente de carga continua.

Carga

La norma SAE J1772-2017 define cuatro niveles de carga: CA Nivel 1 , CA Nivel 2 , CC Nivel 1 y CC Nivel 2. [ 24 ] Las revisiones publicadas anteriormente de J1772 también enumeraban un CA Nivel 3 que nunca se implementó , que se consideró pero nunca se implementó.

  1. ↑ Según el artículo 625.41 del NEC , la capacidad del circuito derivado debe ser al menos el 125 % de la corriente continua máxima del EVSE.
  2. ↑ Como se indica en el Apéndice M del documento estándar SAE J1772, se consideró un tercer método de carga de CA, pero nunca se implementó para vehículos ligeros. Para vehículos pesados ​​e industriales, esto se dejó alComité del Grupo de Trabajo de Carga Conductiva para Vehículos Medianos y Pesados ​​SAE J3068 , que permite el protocolo J1772 a 400 VCA o menos y requiere un protocolo LIN más reciente por encima de 400 VCA (se recomienda LIN en todos los voltajes). J3068 utiliza el Tipo 2 ( conector Mennekes ) que posiblemente suministra hasta 166 kW. [ 25 ] El modo J1772 CA Nivel 3 que utiliza alimentación monofásica habría proporcionado hasta 96 kW a un voltaje nominal de 240 V CA y una corriente máxima de 400 A. Este nivel de potencia es más cercano al que J3068 implementó una década después a hasta 600 VCA, aunque la versión 1 de J3068 solo admite hasta 250 amperios.

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 una autonomía 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) , [ 26 ] puede usar su cable de carga portátil para cargar en CA Nivel 1 (120 V, 12 A) para obtener hasta 4 mi (6,4 km) de autonomía por hora o pasar a una unidad de carga CA Nivel 2 (240 V, 32 A) para obtener hasta 25 mi (40 km) de autonomía por hora. Usando un puerto de carga rápida de CC (DCFC) opcional, este modelo también puede cargar a hasta 55 kW para obtener hasta 180 mi (290 km) de autonomía por hora.                 

Otros vehículos eléctricos utilizan una arquitectura de batería de 800 V (como las de la plataforma E-GMP de Hyundai ) para cargarse mucho más rápido. Según Hyundai, "Con un cargador de CC de 350 kW, el IONIQ 5 puede cargarse del 10 % al 80 % en solo 18 minutos. Según el ciclo WLTP, los usuarios del IONIQ 5 solo necesitan cargar el vehículo durante cinco minutos para obtener 100 km de autonomía". [ 27 ] Estos vehículos son capaces de aceptar hasta 230 kW hasta aproximadamente el 50 % de 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 extienden el estándar J1772 para permitir  la carga de nivel 1 de CA (120 V) a más de 16 amperios. Esto resulta útil, por ejemplo, en campings para caravanas donde son comunes las tomas TT-30 ("Travel Trailer" - 120  V, 30  A). Estas permiten la carga a hasta 24 amperios. Sin embargo, este nivel de carga de 120  V no está codificado en el estándar J1772.

Otra extensión, compatible con el Sistema de Carga Norteamericano , es la carga de Nivel 2 a 277  V. Al igual que los 208  V, los 277 V se encuentran comúnmente en los circuitos trifásicos  comerciales de Norteamérica .

Seguridad

El estándar J1772 incluye varios niveles de protección contra golpes, lo que garantiza la seguridad de la carga incluso en condiciones húmedas. Físicamente, los pines de conexión están aislados en el interior del conector cuando están acoplados, lo que garantiza que no haya acceso físico a dichos pines. Cuando no están acoplados, los conectores J1772 no tienen alimentación en los pines; [ 28 ] no se energizan hasta que el vehículo lo ordena. [ 29 ]

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. Al retirar el conector, el pin piloto de control, más corto, se desconecta primero, lo que provoca que el EVSE interrumpa el suministro de energía al conector. Esto también garantiza que los pines de alimentación no se desconecten bajo carga, evitando así arcos eléctricos y acortando su vida útil. El pin de tierra es más largo que los demás, por lo que se conecta primero y se desconecta al final.

Señalización

Circuito de señalización J1772

El protocolo de señalización ha sido diseñado para la siguiente secuencia de carga. [ 29 ]

  • Los equipos de suministro indican la presencia de alimentación de CA.
  • El vehículo detecta el enchufe mediante un circuito de proximidad (de esta forma, el vehículo puede evitar arrancar mientras está conectado) y puede detectar cuándo se presiona el pestillo para preparar la desconexión del enchufe.
  • Las funciones del piloto de control (CP) comienzan
    • El equipo de suministro detecta vehículos eléctricos enchufables (PEV).
    • El equipo de suministro indica que el PEV está listo para suministrar corriente.
    • Se determinan los requisitos de ventilación de los PEV.
    • Capacidad de corriente de los equipos de suministro proporcionada a PEV
  • Los vehículos eléctricos controlan el flujo de energía.
  • Los vehículos eléctricos personales y los equipos de suministro supervisan continuamente la continuidad de la seguridad en tierra.
  • El cobro continúa según lo determine PEV.
  • La carga puede interrumpirse al desconectar el enchufe del vehículo.

La especificación técnica se describió por primera vez en la versión de 2001 de la norma SAE J1772 y, posteriormente, en las normas IEC 61851-1 e IEC TS 62763:2013. La estación de carga aplica 12  V al controlador piloto (CP) y al controlador piloto de proximidad (también conocido como Plug Present: PP), midiendo las diferencias de voltaje. Este protocolo no requiere circuitos integrados como otros protocolos de carga, lo que hace que la norma SAE J1772 sea robusta y funcione en un rango de temperatura de -40  °C a +85  °C.

Piloto de control

Piloto de control (Modo) : La estación de carga envía una onda cuadrada de  1 kHz al piloto de control que se conecta a la toma de tierra de protección del vehículo mediante una resistencia y un diodo (rango de voltaje ±12,0±0,4 V). Los cables de las estaciones de carga públicas siempre están apagados si el circuito CP-PE (Toma de 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 toma de tierra de protección funciona. El vehículo puede solicitar una función de carga específica ajustando la resistencia entre los pines CP y PE; 2,7 kΩ indica un vehículo compatible con el Modo 3 ( vehículo detectado ) que no requiere carga. 880 Ω indica que el vehículo está listo para cargar, y 240 Ω solicita carga con ventilación , en cuyo caso la estación de carga suministra 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 produce una caída de tensión de +12  V a +9  V cuando se conecta un cable a la estación de carga, lo que activa el generador de ondas. La carga se activa mediante el vehículo añadiendo  una resistencia en paralelo de 1,3 kΩ, lo que resulta en una caída de tensión a +6  V, o añadiendo una  resistencia en paralelo de 270 Ω para una ventilación requerida, lo que resulta en una caída de tensión a +3  V. Por lo tanto, la estación de carga puede reaccionar simplemente comprobando el rango de tensión presente en el bucle CP-PE. [ 30 ] Nótese que el diodo solo produce una caída de tensión en el rango positivo. Cualquier tensión negativa en el bucle CP-PE es bloqueada por D1 en el vehículo; cualquier corriente significativa que fluya en el bucle CP-PE durante el período negativo corta la corriente al considerarse un error fatal (como tocar los pines).

En los conectores macho IEC62196-2, el pin del piloto de control es más corto para evitar que los cables sueltos se utilicen como cables de extensión . Esto impide conectar cables descendentes que puedan tener una menor capacidad de corriente a un cable con una mayor capacidad de corriente.

Piloto de control (límite de corriente) : La estación de carga puede usar la señal de onda para describir la corriente máxima disponible a través de la estación de carga con la ayuda de la modulación por ancho de pulso ( PWM) . Una PWM del 16 % corresponde a un  máximo de 10 A, una PWM del 25 % a un  máximo de 16 A, una PWM del 50 % a un máximo de 32  A y una PWM del 90 % indica una opción de carga rápida. [ 31 ]

El ciclo de trabajo PWM de la  señal CP de 1 kHz indica la corriente máxima permitida en la red eléctrica. Según la SAE, incluye la toma de corriente, el cable y la entrada del vehículo. En EE. UU., la definición de la capacidad de corriente (capacidad en amperios o capacidad de corriente) se divide para operación continua y de corto plazo. [ 31 ] La SAE define el valor de capacidad de corriente derivado de una fórmula basada en el  ciclo completo de 1 ms (de la  señal de 1 kHz) con una clasificación máxima continua de amperios de 0,6  A por 10  μs hasta 850  μs (con el 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. [ 30 ]

Piloto de proximidad

El pin de proximidad, PP (también conocido como pin de presencia del conector ), como se muestra en el diagrama de pines del ejemplo SAE J1772, indica que el interruptor S3 está conectado mecánicamente al actuador de liberación del pestillo del conector. Durante la carga, el lado del EVSE conecta el circuito PP-PE a través de S3 y una  resistencia R6 de 150 Ω. Al abrir el actuador de liberación,  se añade una resistencia R7 de 330 Ω al circuito PP-PE en el lado del EVSE, lo que genera un cambio de voltaje en la línea para permitir que el vehículo eléctrico inicie un apagado controlado antes de la desconexión real de los pines de alimentación de carga. Sin embargo, muchos cables adaptadores de baja potencia no ofrecen esta detección del estado del actuador de bloqueo en el pin PP.

Según la norma IEC 62196, el pin de proximidad también se utiliza para indicar la capacidad del cable; esto es relevante para los puntos de recarga de vehículos eléctricos no conectados mediante cable.

La resistencia está codificada según la capacidad de corriente máxima del conjunto de cables. El EV interrumpe el suministro de corriente si se supera la capacidad de corriente del cable, lo cual se detecta mediante la medición de Rc (mostrada como R6 en el circuito de señalización J1772 anterior), según los valores definidos para el rango de interpretación recomendado.

Rc se coloca entre el PP y el PE, dentro del conjunto de cables desmontables.

[ 32 ]

Comunicación por línea eléctrica P1901

En una norma actualizada prevista para 2012, la SAE propone utilizar la comunicación por línea eléctrica , específicamente IEEE 1901 , entre el vehículo, la estación de carga externa y la red inteligente , sin necesidad de un pin adicional; la SAE y la IEEE Standards Association están compartiendo sus borradores de normas relacionados con la red inteligente y la electrificación de vehículos. [ 33 ]

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, el medidor o distribuidor, y el edificio donde se ubican los cargadores. P1905 incluye comunicaciones inalámbricas. En al menos una implementación, la comunicación entre el EVSE de CC externo y el PEV se produce en el cable piloto del conector SAE J1772 a través de la comunicación por línea eléctrica (PLC) HomePlug Green PHY. [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]

Estándares en competencia

Una propuesta competidora conocida como el conector Mennekes iniciada por RWE y Daimler fue estandarizada en la norma IEC 62196 de 2011 como su conector de tipo 2. Ha sido ampliamente adoptado como el acoplador monofásico y trifásico estándar de la Unión Europea . [ 12 ] [ 37 ] 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 de la UE adaptada al mercado industrial norteamericano que permite hasta 160  A / 166  kW en alimentación trifásica .

La misma  norma IEC 62196-2 también especificaba un par de conectores de tipo 3 de Scame Global que proporcionaban un acoplador monofásico y trifásico con obturadores. [ 12 ] Tras la aprobación por parte de la IEC en 2016 de una pequeña modificación del conector Mennekes que permitía opcionalmente el uso de obturadores, el conector de tipo 3 ha quedado obsoleto.

Tokyo Electric Power Company ha desarrollado una especificación exclusivamente para la carga rápida de CC de alto voltaje para automóviles utilizando el conector JARI DC y formó la asociación CHAdeMO ( charge de move , equivalente a "carga para moverse") con los fabricantes de automóviles japoneses Mitsubishi , Nissan y Subaru para promoverla. [ 38 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ SAE International (13 de octubre de 2017). "SAE Electric Vehicle and Plug-in Hybrid Electric Vehicle Conductive Charge Coupler J1772_201710" (DOC) . Normas SAE . SAE International . Consultado el 14 de noviembre de 2022 .
  2. ↑ "Conceptos básicos de SAE J1772" . Open EVSE . Consultado el 13 de julio de 2022 .
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  4. ↑ "ARB modifica la norma ZEV: estandariza los cargadores y aborda las fusiones de fabricantes de automóviles" (Comunicado de prensa). Junta de Recursos del Aire de California. 28 de junio de 2001. Archivado del original el 16 de junio de 2010. Consultado el 23 de mayo de 2010. La ARB aprobó la propuesta del personal para seleccionar el sistema de carga conductiva utilizado por Ford, Honda y otros fabricantes.
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  • Comité SAE J1772
  • Norma SAE J1772