1. motako J1772 eta 2. motako IEC 62196-2 sistemen konparaketa

Mundu mailako ibilgailu elektrikoen kargatzeko estandarren gida tekniko definitiboa: 1. motako J1772 eta 2. motako IEC 62196-2 sistemen, sarearen topologiaren, komunikazio-protokoloen eta azpiegitura adimendunen konparaketa osoa

1. Sarrera: Elektrifikaziorako mundu mailako aldaketa eta kargatze estandarizatuaren eginkizuna

Mundu mailako automobilgintzaren paisaia paradigma aldaketa baten jasaten ari da, barne-errekuntzako motorretatik (ICE) propultsio elektrikora igaroz. Trantsizio honen erdigunea da hura eusten duen azpiegitura: Ibilgailu Elektrikoen Hornikuntza Ekipamendua (EVSE), normalean EV kargagailuak bezala ezagutzen direnak. Ibilgailu elektrikoen (EV) adopzioa bizkortzen den heinean, kargatzeko estandarren ñabardura teknikoak ulertzea ezinbestekoa da bai ingeniarientzat, bai politikarientzat, bai kontsumitzaileentzat.

Ibilgailu elektrikoen kargatzeko estandarren garapena historikoki zatikatua izan da, eskualdeko sare elektrikoen arkitekturek, araudi-inguruneek eta automobilgintzako fabrikatzaileen interes estrategikoek eraginda. Gaur egun, bi estandar nagusik menderatzen dute korronte alternoko (AC) kargatzeko merkatua: 1. motakoa (SAE J1772) eta 2. motakoa (IEC 62196-2). Bietako bakoitzak helburu bera betetzen badu ere —energia elektrikoa saretik ibilgailuaren kargagailura transferitzea—, haien inplementazio teknikoak, diseinu fisikoak eta komunikazio-protokoloak nabarmen desberdinak dira.

Artikulu honek 1. eta 2. motako kargatzeko sistemen analisi tekniko sakona eskaintzen du. Haien arkitektura-desberdintasunak, sare globaleko topologia desberdinetara egokitzeko duten gaitasuna, haien komunikazio-seinaleen fisika eta erabiltzailea eta ibilgailua babesten dituzten segurtasun-mekanismoak aztertuko ditugu. Gainera, nazio ezberdinetako etxebizitzen energia-mugak kargatzeko abiaduran nola eragiten duten eta ibilgailu elektrikoen ekosisteman interkonexio adimendun estandarizatuaren etorkizuna moldatzen ari diren joera berriak aztertuko ditugu.

2. 1. motako (SAE J1772) arkitektura: historia, pin konfigurazioa eta Ipar Amerikako nagusitasuna

1 motako konektorea, lehen SAE J1772 estandarra bezala ezagutzen zena, Ipar Amerikan eta Japonian erabiltzen den korronte alternoko kargatzeko interfaze nagusia da. Automobilgintzako Ingeniarien Elkarteak (SAE) garatua, eskualde horietako sare elektriko monofasikoen behar espezifikoei erantzuteko diseinatu zen.

2.1 Testuinguru historikoa eta diseinu-filosofia

J1772 estandarra 2001ean proposatu zen lehen aldiz, eta hainbat aldaketa egin zituen egungo formara iristeko. Diseinuaren helburu nagusia 1. mailako (120V) eta 2. mailako (240V) kargatzeko interfaze seguru, sendo eta erabilerraza sortzea zen. Europako sare elektrikoen fase anitzeko eskakizunen aldean, Ipar Amerikako etxebizitza-sarea nagusiki fase zatitukoa da, 240V zerbitzurako konbina daitezkeen bi 120V hanka eskainiz. Ondorioz, 1. motako konektorea korronte handiko fase bakarreko banaketarako optimizatu zen.

2.2 Pin fisikoaren konfigurazioa

1 motako konektoreak bost pineko diseinua du:

1. L1 (1. lerroa):Energia-eroale nagusia.
2. L2/N (2. linea edo neutroa):120V-ko 1. mailako kargatzean, neutro gisa balio du. 240V-ko 2. mailako kargatzean, bigarren 120V-ko fase gisa (L2) balio du.
3. PE (Lurra/Lurzoru Babesgarria):Segurtasun-lurrerako konexioa, ibilgailuaren txasisa sarearen lurrera konektatuta dagoela ziurtatzen duena.
4. CP (Kontrol Pilotua):EVSEaren eta ibilgailuaren arteko kargatzeko parametroak negoziatzeko erabiltzen den komunikazio-linea.
5. CS (Kontrol Zaintza) / Hurbiltasun Pilotua (PP):Entxufea guztiz sartuta dagoen detektatzen duen eta ibilgailuak kargatzen ari den bitartean mugimendua geldiarazteko aukera ematen duen feedback begizta bat.

2.3 Ezaugarri eta muga elektrikoak

1 motako estandarrak 80 Amper arteko korronte alternoko karga onartzen du, eta 240V-tan gehienez 19,2 kW-ko potentzia lortzen da. Hala ere, etxebizitza gehienetako 1 motako kargagailuek 16A (3,8 kW) eta 48A (11,5 kW) artean funtzionatzen dute, ohiko kargagailu integratuek dituzten gaitasunen parekoa. Pinen diseinu fisikoa sendoa da, milaka ziklotan zehar karga termiko handiak jasateko pentsatua. 1 motako entxufearen ezaugarri bereizgarrietako bat eskuzko blokeatze-mekanismoa da, eta horrek erabiltzaileak abiarazle bat sakatu behar du entxufea ibilgailuaren sarreratik askatzeko.

3. 2. motako (IEC 62196-2) arkitektura: Mennekes estandarra, diseinu modularra eta Europako aldakortasuna

Europako merkatuak ibilgailu elektrikoen karga estandarizatzen saiatu zenean, beste erronka bati aurre egin behar izan zion: hiru faseko sistema elektrikoen nagusitasuna etxebizitza eta merkataritza-inguruneetan. Irtenbidea 2. motako konektorea izan zen, askotan "Mennekes" entxufea deitzen zaiona, diseinatu zuen alemaniar enpresaren omenez.

3.1 IEC 62196-2rako mugimendua

Nazioarteko Elektroteknika Batzordeak (IEC) 2. motako diseinua onartu zuen IEC 62196 estandarraren barruan. 1. motako konektorea, berez fase bakarreko funtzionamendura mugatua dena, ez bezala, 2. motako konektorea hasieratik modularra eta etorkizunerako prestatua izateko diseinatu zen. Fase bakarreko, fase zatituko eta hiru faseko korronte alternoko energia-hornidura onar dezake.

3.2 Zazpi pineko diseinua eta funtzionaltasuna

2. motako konektoreak zazpi pineko konfigurazioa erabiltzen du:

1. L1, L2, L3:Hiru faseko eroale bereizi, hiru faseko potentzia-hornidura ahalbidetuz.
2. N (Neutroa):Neutro eroale dedikatu bat, ezinbestekoa karga desorekatuta egon daitekeen hiru faseko sistemetarako.
3. PE (Lur Babeslea):Segurtasun-lurzorua.
4. CP (Kontrol Pilotua):Seinaleztapen-linea (J1772-ren funtzio berdina).
5. PP (Hurbiltasun Pilotua):Entxufearen presentzia detektatzeko erabiltzen da eta, 2. motako estandarrean, kablearen beraren korronte-ahalmena erresistentzia-kodetutako sistema baten bidez komunikatzeko.

3.3 Malgutasuna eta potentzia mugak

2. motako konektorea 1. motakoa baino askoz indartsuagoa da. Hiru faseko konfigurazio batean, fase bakoitzeko 63 Amper arte onar ditzake, teorian 43 kW-ko korronte alternoko potentzia emanez (nahiz eta 22 kW-koa den hiru faseko instalazio publiko eta etxebizitza gehienentzat). Fase bakarreko moduan ere, 1. motakoaren errendimendua parekatu dezake. Gainera, ibilgailuaren 2. motako sarrera CCS2-rekin (Kargatzeko Sistema Konbinatua) bateragarria izateko diseinatuta dago abiadura handiko korronte alternoko kargatzeko, bi korronte alternoko pin handi gehituz korronte alternoko interfazearen azpian.

4. Potentzia Faseen Dinamika: Fase Bakarreko Eraginkortasuna eta Hiru Faseko Potentzia Hornidura Konparatzea

1. eta 2. motako sistemen arteko funtsezko desberdintasun teknikoa fase elektrikoak nola kudeatzen dituzten da. Ez da konektorearen aukeraketa hutsa, baizik eta azpiko sare-azpiegituraren isla.

4.1 1. motako fase bakarreko mugak

1. motako sistema batean, ibilgailuaren kargagailu integratua (OBC) korronte alternoko iturri bakar batetik energia jasotzeko diseinatuta dago. Kargatzeko abiadura handitzeko, doi daitezkeen aldagai bakarrak tentsioa (120V-tik 240V-ra) eta korrontea (anperea) dira. AEBetako etxebizitza-panelak normalean 200A-ko zerbitzu osora mugatuta daudenez, 50A-tik gorako ibilgailu elektrikoen zirkuitu dedikatuek azpiegitura-hobekuntza garrantzitsuak behar dituzte. Korronte monofasiko handiko kargatzeak karga termiko handia jartzen die kableatuari eta konektore-pinei.

4.2 Hiru Faseko Abantailak 2. Motan

2. motako sistemek Europan eta Asiako eta Ozeaniako zenbait tokitan ohikoak diren hiru faseko sareak aprobetxatzen dituzte. Potentzia hiru fasetan banatuz, sistemak potentzia total askoz handiagoa eman dezake fase bakoitzeko anperaje txikiagoetan. Adibidez, 11 kW-ko kargagailu batek 16A erabiltzen ditu hiru fasetan (3 x 230V x 16A ≈ 11 kW). 11 kW berdinak lortzeko 1. motako sistema monofasiko batean, korrontea gutxi gorabehera 46A izan beharko litzateke (240V x 46A ≈ 11 kW).

2. motako sistemetan fase bakoitzeko anpereaje txikiagoak honako hau dakar:

• Bero Sorkuntza Murriztua:Kable eta konektoreetan erresistentzia gutxiagoko berokuntza.
• Kable-sekzio txikiagoak:Kable arinagoak eta malguagoak potentzia-irteera berdinerako.
• Sarearen egonkortasuna:Hiru faseko kargatzeak sare elektrikoari karga orekatuagoa ematen dio, fase-desoreka eta tokiko banaketa-transformadorean korronte neutroko arazoak izateko arriskua murriztuz.

4.3 Eraginkortasuna eta Bihurketa

Ikuspuntu tekniko batetik, kargagailu integratuaren eraginkortasuna ere eragina du. Hiru faseko korronte alternoa fase bakarreko korrontea baino leunago zuzentzen da korronte zuzeneko korrontera, eta iragazketa kapazitibo gutxiago behar da bateriarentzako tentsio zuzen egonkorra lortzeko. Horrek bihurketa-eraginkortasun zertxobait handiagoak ekar ditzake hiru faseko OBCetan, fase bakarrekoekin alderatuta.

(1. blokearen amaiera. Hurrengo blokean jarraitu behar da behar den luzera eta sakonera lortzeko.)

5. Seinaleen Osotasuna eta Komunikazioa: CP (Kontrol Pilotua) eta PP (Hurbiltasun Pilotua) Funtzioen Azterketa Zehatza

Ibilgailu elektrikoaren eta ibilgailu elektrikoaren arteko komunikazioa bi tentsio baxuko seinale-linea dedikaturen bidez kudeatzen da: Kontrol Pilotua (CP) eta Hurbiltasun Pilotua (PP). Konektore fisikoak desberdinak diren arren, korronte alternoko kargaren oinarrizko seinaleztapen-protokoloa IEC 61851-1 eta SAE J1772 arauen arabera estandarizatuta dago.

5.1 Kontrol Pilotua (CP) eta Pultsu Zabalera Modulazioa (PWM)

CP seinalea EVSE-k sortutako ±12V 1kHz-ko uhin karratu bat da. Seinale honek esku-emate eta egoera-adierazle nagusi gisa balio du. Komunikazio-sekuentzia tentsio-maila espezifikoek eta PWM seinalearen lan-zikloak definitzen dute.

• A egoera (Itxaroteko moduan):EVSE-ak +12V DC etengabe ematen du. Horrek adierazten du kargagailua piztuta dagoela, baina ez dagoela ibilgailurik konektatuta.
• B egoera (ibilgailua konektatuta):Entxufea sartzen denean, ibilgailuak erresistentzia bat eta diodo bat konektatzen ditu CP eta PE lineen artean. Horrek tentsioa +12V-tik +9V-ra jaisten du. EVSE-k jaitsiera hau detektatzen du eta 1kHz-ko PWM seinalea sortzen hasten da.
• C egoera (Kargatzeko eskaera):Ibilgailuak zirkuituan erresistentzia txikiagoa jartzen duen etengailu bat itxiz adierazten du energia jasotzeko prest dagoela, CP tentsioa +6V-ra jaitsiz. Puntu honetan, EVSE-ak barneko kontaktuak ixten ditu korronte alternoko energia emateko.
• D egoera (aireztapena beharrezkoa):Ibilgailuak aireztapena behar badu (arraroa da ibilgailu elektriko modernoetan, baina estandarraren parte da), tentsioa +3V-ra jaisten da.
• E/F estatua (Erroreak):0V edo -12V seinale batek akats bat adierazten du, hala nola lurrerako akats bat edo komunikazio erabateko galera bat.

TheLan-zikloaEVSE-k komunikatzen duen PWM seinaleak ibilgailuari kontsumitu dezakeen gehienezko korrontea adierazten dio. Adibidez:

• % 10eko betebehar-zikloa = 6 ampere
• % 25eko betebehar-zikloa = 15 ampere
• % 50eko betebehar-zikloa = 30 ampere
• % 80ko lan-zikloa = 48 ampere

Horri esker, karga dinamikoki kudeatu daiteke; etxearen energia-kontsumoa handitzen bada, EVSE-k lan-zikloa murriztu dezake etengailu nagusia jauzi ez egiteko.

5.2 Hurbiltasun Pilotua (PP) eta Blokeo Mekanikoa

PP seinaleak bermatzen du ibilgailua ezin dela alde egin konektatuta dagoen bitartean eta sistemari kablearen korronte-ahalmena zehazten laguntzen dio.

• 1. motan (J1772):PP linea (askotan CS pin deitzen zaio) entxufearen heldulekuan dagoen etengailu batera konektatuta dago. Erabiltzaileak askatzeko botoia sakatzen duenean, zirkuitua hausten da. Ibilgailuak berehala hautematen du hori eta korrontea hartzeari uzten dio elikatze-pin nagusiak deskonektatu aurretik, arku elektrikoak saihestuz.
• 2. motan (IEC 62196):PP lerroa kable mota identifikatzeko erabiltzen da. Kableak erresistentzia batekin hornituta daude PP eta PE pinen artean. 11 kW-ko kable batek (16A) erresistentzia desberdina izango du 22 kW-ko kable batek (32A) baino. EVSEak eta ibilgailuak erresistentzia hau erabiltzen dute kablearen muga termikoak ez gainditzeko, ibilgailuak potentzia handiagoa izateko gai bada ere.

6. Diseinu mekanikoa eta segurtasuna: blokeatzeko mekanismoak, IP sailkapenak eta sendotasun fisikoa

Ibilgailu elektrikoak kargatzeko ingurune fisikoa gogorra da: euriari, elurraren, hautsaren eta muturreko tenperaturen eraginpean egoten da. Hori dela eta, 1. eta 2. motako konektoreen diseinu mekanikoa oso ondo diseinatuta dago.

6.1 Blokeo-mekanismoak: Eskuzkoak vs. Elektronikoak

Bi estandarren arteko alde nabarmena entxufea ibilgailuari nola lotzen zaion da.

• 1. motako eskuzko giltzarrapoa:1. motako entxufeak erpuruarekin eragiten den itxiera mekanikoa du. Sinplea eta fidagarria da, baina segurtasunik ez du; edonork hurbildu eta deskonektatu dezake kargatzen ari den autoa, erabiltzaileak giltzarrapo bereizi bat gehitzen ez badio heldulekuari.
• 2. motako sarraila elektronikoa:2. motako estandarrak ibilgailuaren sarreran dagoen blokeatzeko pin motorizatu batean oinarritzen da. Kargatzen hasten denean, ibilgailuak automatikoki blokeatzen du entxufea. Horrek kablea lapurtzea eragozten du (Europan ohikoak diren kargagailu askeen kasuan) eta korrontea dagoen bitartean entxufea ezin dela kendu ziurtatzen du.

6.2 Sarrerako Babesa (IP) eta Ingurumen Zigilatzea

Bi konektoreak IP sailkapen altuak betetzeko diseinatuta daude (normalean IP54 edo handiagoa akoplatuta daudenean).

• Drainatze-kanalak:2. motako konektoreek drainatze-zulo bereziak dituzte ura pinen inguruan pilatzea saihesteko.
• Materialen Zientzia:Karkasak PBT (polibutileno tereftalatoa), hala nola UV egonkortutako eta inpaktuarekiko erresistenteak diren polimeroz eginda daude, hormigoian erortzeari eta eguzki-argiaren eraginpean egoteari aurre egiteko.
• Kontaktu-plakadura:Pineak normalean zilarrez estalita daude kontaktu-erresistentzia txikia eta milaka ugaltze-ziklotan iraunkortasun handia bermatzeko.

6.3 Kudeaketa Termikoa

Gaur egungo potentzia handiko korronte alternoko kargagailuek termistoreak (NTC sentsoreak) izaten dituzte entxufean txertatuta. Sentsore hauek pinen tenperatura denbora errealean kontrolatzen dute. Tenperaturak segurtasun-atalase bat gainditzen badu (adibidez, konexio solte bat edo sarrerako hondakinak daudelako), EVSE-k ibilgailuari seinalea emango dio kargatzeko korrontea murrizteko edo erabat itzaltzeko sute bat saihesteko.

7. Sare Globalen Topologiak: TN, TT eta IT Sareak eta Haien Eragina EVSE Instalazioan

EVSE baten diseinua eta instalazioa eskualde ezberdinetan erabiltzen diren lurreratze-sistemen eragin handia dute. EVSE batek lur-konexio seguru baten presentzia detektatu behar du kargatzen hasi aurretik.

7.1 TN Sistemak (Terra-Neutral)

TN sistema ohikoa da Ipar Amerikan (TN-CS) eta Erresuma Batuan. Konfigurazio honetan, neutroa eta lurra zerbitzu sarreran konektatzen dira. Honek matxura-korronteentzako bide fidagarria eskaintzen duen arren, arriskua dakar "PEN irekia" (Lurra babesten duen neutroa) matxura baten kasuan. Sare elektrikotik datorren neutro kablea hausten bada, ibilgailu elektrikoen xasisa lineako tentsioan piztu daiteke. Horrek Erresuma Batuko kargagailuetan "PEN irekia detektatzeko" gailu espezializatuak garatzera eraman du.

7.2 TT Sistemak (Terra-Terra)

Europako kontinenteko zenbait tokitan (Frantzia eta Italia bezala) eta Japonian ohikoa den TT sistemak sarearen neutrora konektatuta ez dagoen tokiko lurrerako haga bat erabiltzen du. TT sareetan instalatutako EVSE-ak oso sentikorrak izan behar dira lur-inpedantziarekiko. Lurrerako haga ez bada nahikoa sakona edo lurra lehorregia bada, kargagailuak ez du abiaraziko, ezin baitu lurrerako erresistentzia baxuko bidea egiaztatu.

7.3 IT Sistemak (Isolé-Terra)

Norvegian eta industria-ingurune batzuetan aurkitzen den IT sistemak ez du konexio zuzenik neutroaren/faseen eta lurraren artean. Honek erronka berezia dakar ibilgailu elektrikoentzat, barneko kargagailu asko lurrera konektatutako neutro bat izateko diseinatuta baitaude. Isolamendu-transformadore espezializatuak behar izaten dira askotan IT sareetan ibilgailu elektrikoak segurtasunez kargatzeko.

7.4 Sarearen maiztasun eta tentsio aldaketak

1. eta 2. motak batez ere fase-euskarriaren arabera bereizten diren arren, sarearen maiztasunak (60 Hz AEBetan/Japonian eta 50 Hz munduko gainerako leku gehienetan) ibilgailuaren kargagailuko induktoreen eta kondentsadoreen diseinuan ere eragiten du. Hala ere, OBC moderno gehienak gama zabalekoak dira, 100V-250V eta 50/60Hz maneiatzeko gai direnak.

8. Etxebizitzen energia-mugak: Nola mugatzen dituzten sare elektriko nazionaleko araudiek eta etxebizitzen banaketa-panelek ibilgailu elektrikoen kargatzeko abiadurak

Karga-abiadura teorikoak (22 kW 2. motako edo 19,2 kW 1. motako) gutxitan lortzen dira etxebizitza-inguruneetan, tokiko sarearen eta etxeko panel elektrikoaren mugengatik.

8.1 Ipar Amerika: 200A-ko panelaren muga

Estatu Batuetan, etxe moderno tipiko batek 200A-ko zerbitzu-panel bat du. 48A-ko kontsumoa duen 2. mailako kargagailu batek 60A-ko etengailu bat behar du. Kode Elektriko Nazionalaren (NEC) arabera, karga jarraitu batek (EV kargatzea bezala) ez luke zirkuituaren etengailuaren balorazioaren % 80 gainditu behar. 100A-ko panel zaharragoak dituzten etxebizitzetan, potentzia handiko EVSE bat instalatzea ezinezkoa da zerbitzu-hobekuntzarik gabe, eta horrek milaka dolar kosta daiteke. Horrek 32A-ko (7,7 kW) kargagailuen ospea ekarri du, kargatzeko abiadura panelaren edukierarekin orekatzen dutenak.

8.2 Erresuma Batua: Fase bakarreko nagusitasuna eta PEN irekia

Erresuma Batuko sarea hiru fasekoa den arren banaketa mailan, etxe gehienak 230V, 60A edo 100A fase bakar batekin hornitzen dira. Horrek etxebizitzako karga 7,4 kW-ra mugatzen du. Aurretik aipatutako TN-CS lurreratzea dela eta, Erresuma Batuko araudiek kargagailuek neutro irekiko akatsen aurkako babes garestia izatea eskatzen dute, eta horrek Erresuma Batuko EVSE espezifikoak teknikoki konplexuagoak bihurtzen ditu Europako parekoak baino.

8.3 Alemania eta Iparraldeko Europa: 11 kW-ko estandarra

Alemanian, hiru faseko potentzia estandarra da ia etxebizitza guztietan. Horri esker, 11 kW-ko (3 x 16A) horma-kutxak instala daitezke. AEBetan ez bezala, non 11 kW-k 60A-ko zirkuitu monofasiko astun bat behar duen, Alemanian 16A-ko zirkuitu trifasiko bat besterik ez da behar, eta horrek kableatu askoz meheagoa erabiltzen du eta erraz egokitzen da dauden banaketa-paneletan. Alemaniako zerbitzu-enpresa askok jakinarazpena edo baimena eskatzen dute 11 kW-tik gorako kargagailuentzat (adibidez, 22 kW-ko unitateak) tokiko sarearen egonkortasuna bermatzeko.

8.4 Australia eta Zeelanda Berria: Goi-tentsioa, Fase bakarrekoa

Australiak Erresuma Batuaren antzeko 230V/240V sistema bat erabiltzen du. Etxebizitzetako instalazio gehienak 7,4 kW-ko monofasikoak dira. Hala ere, sarearen distantzia luzeak eta landa-izaera direla eta, tentsio-gorabeherak ohikoak dira. Eskualde horietako ibilgailu elektrikoek tentsio handiko eta azpitentsioko babes sendoa izan behar dute "tentsio-jaitsierak" edo igoerak kudeatzeko, ibilgailua kaltetu gabe.

(2. blokearen amaiera. Hurrengo blokean jarraitu behar den luzera eta sakonera lortzeko.)

9. Zirkuitu-babes integrala: A/B motako RCDak ezartzea, korronte zuzeneko ihesen detekzioa eta gainkorrontearen aurkako babesa korronte alternoko kargan

Segurtasuna da ibilgailu elektriko elektrikoen diseinuaren oinarrizko zutabea. Ibilgailu elektriko bat kargatzeak energia kantitate handiak ematea dakar denbora luzez, askotan baldintza hezeetan. Ondorioz, babes zirkuituak etxetresna elektriko estandar batenak baino askoz sofistikatuagoak izan behar dira.

9.1 Hondakin-korrontearen gailuak (RCDak): A mota vs. B mota

RCD bat lineatik igarotzen den korrontearen eta neutro kableen arteko desoreka detektatzeko diseinatuta dago, eta horrek lurrerako ihesa adierazten du ("lurrerako akatsa"). EV kargatzean, arrisku espezifiko bat dago:Korronte jarraitu hondarra.

• A motako RCDak:Hauek ohikoak dira etxebizitzetako paneletan eta korronte alternoko eta korronte zuzeneko hondar-korronte pultsatzaileak detektatu ditzakete. Hala ere, korronte zuzeneko ihes leun batek "itsutu" ditzake. Ibilgailu elektrikoaren kargagailu integratuaren akats batek 6 mA baino gehiagoko korronte zuzeneko isurketa eragiten badu korronte alternoko aldera, A motako RCDaren barneko transformadorearen nukleoa saturatu egin daiteke, eta horrek eragotzi egiten du akats arriskutsu bat gertatu arren deskonektatzea.
• B motako RCDak:Hauek korronte alternoa, korronte zuzen pultsatzaileak eta korronte zuzen hondar leunak detektatzeko diseinatuta daude. Babes hobea eskaintzen duten arren, askoz garestiagoak dira.
• RDC-DD (Hondar Korronte Zuzena Detektatzeko Gailua):Kostuak murrizteko eta segurtasuna mantentzeko, EVSE moderno askok RDC-DD modulua dute (IEC 62955 araudiarekin bat datorrena). Modulu honek 6mA-tik gorako DC ihesa detektatzen du eta kargagailua desaktibatu egiten du. RDC-DD bat dagoenean, A motako RCD estandar bat (eta merkeagoa) erabil daiteke goiko banaketa-panelean.

9.2 Gainkorronte eta zirkuitulaburreko babesa

Ibilgailu elektrikoentzako zirkuitu guztiak etengailu txiki (MCB) batez babestu behar dira. Ibilgailu elektrikoen karga etengabea denez, MCB-aren potentzia murriztu egin behar da. AEBn (NEC), 40A-ko karga-karga batek 50A-ko etengailu bat behar du. Europan, MCB-aren aukeraketa (B motako, C motako edo D kurba) ibilgailuaren kargagailuaren espero den irteera-korrontearen araberakoa da. Oro har, "C" kurbako etengailu bat nahiago da hasierako konexio-fasean desaktibazioak saihesteko.

9.3 Tentsio-igoeren aurkako babesa (SPD)

EVSEak askotan kanpoan instalatzen dira eta objektu metaliko handi bati (autoari) konektatuta egoten dira, eta horrek tximista-kolpeen eta sareko tentsio-igoeren aurrean zaurgarri bihurtzen ditu. 2. motako tentsio-igoeren aurkako babes-gailu (SPD) bat instalatzea oso gomendagarria da (eta eskualde batzuetan, hala nola Alemanian, derrigorrezkoa) kargagailuaren eta ibilgailuaren elektronika sentikorra babesteko.

9.4 Kontaktoreak eta isolamendu galbanikoa

EVSEren potentzia-horniduraren muina daKontratatzaileaErrele sendo bat da, korronte alternoko elikatze-pinak fisikoki konektatzen edo deskonektatzen dituena. Segurtasunagatik, kontaktu-kontaktorea "normalki irekita" egon behar da, hau da, energia CP seinaleak "C egoera" (Kargatzeko prest) adierazten duenean bakarrik ematen da. Kalitate handiko EVSEek lau poloko kontaktu-kontaktoreak erabiltzen dituzte hiru faseko sistemetarako, fase guztiak eta neutroa isolatuta daudela ziurtatzeko erabiltzen ez direnean. Unitate aurreratu batzuek "Soldatutako Kontaktuen Detekzioa" ere badute, kontaktu-kontaktorearen egoera kontrolatzen duena; kontaktuak elkarrekin fusionatzen badira (energia moztea eragotziz), EVSEak hardware alarma bat eragingo du eta akats egoeran geratuko da.

10. Kargatze Adimenduna eta ISO 15118: PWMtik Haratago Komunikazio Digitalera eta Entxufatu eta Kargatzera igaroz

Oinarrizko CP/PP seinaleztapena nahikoa den arren korronte alternoko karga sinple baterako, ibilgailu elektrikoen ekosistemaren etorkizuna datu digitalen truke aberatsean oinarritzen da. Hemen sartzen da jokoan ISO 15118 araua.

10.1 PWMren mugak

PWM seinaleztapen estandarrak eskuragarri dagoen korronte maximoa soilik jakinarazten du. Ez dio EVSEari ibilgailuaren karga-egoera (SoC), bateriaren edukiera edo identifikatzaile bakarra esaten. Informazio hori gabe, zaila da fakturazio automatizatua, sare elektrikoaren araberako kargatzea eta bi norabideko potentzia-transferentzia bezalako funtzioak ezartzea.

10.2 HomePlug Green PHY eta PLC komunikazioa

ISO 15118 aurkezten duLinea Elektrikoko Komunikazioa (PLC)Kontrol Pilotuaren (CP) kablearen bidez. Maiztasun handiko seinale digital bat (HomePlug Green PHY) 1kHz-ko CP seinalearen gainean gainjarriz, ibilgailuak eta EVSE-ak TCP/IP konexio bat ezar dezakete. Horrek aukera ematen du:

• Konektatu eta kargatu:Ibilgailuak automatikoki identifikatzen du bere burua kargagailuan. Kargagailuak atzeko zerbitzari batekin komunikatzen da saioa baimentzeko eta ordainketa kudeatzeko, RFID txartel edo mugikorretarako aplikaziorik behar izan gabe.
• Sare Adimendunen Integrazioa:Ibilgailu elektrikoak bere irteera ordua eta energia beharrak jakinarazi ditzake. Sareak (edo Etxeko Energia Kudeatzeko Sistemak – HEMS) karga programatu dezake elektrizitatearen prezioak baxuenak direnean edo energia berriztagarrien ekoizpena altuena denean.

10.3 Kargatze bidirekzionalaren etorkizuna (V2G, V2H, V2X)

ISO 15118 arauaren (zehazki -20 berrikuspenaren) alderdi zirraragarrienetako bat korronte alternoko kargatzeko bi norabideko laguntza da. Ibilgailutik Sare Elektrikora (V2G) inplementazio gehienek korronte zuzena erabiltzen duten arren (CHAdeMO edo CCS bidez), bi norabideko korronte alternoko kargatzeak ibilgailuari bere kargagailu integratua inbertsore gisa erabiltzea ahalbidetzen dio etxera edo sarera energia itzultzeko. Horrek EVSEak atezain sofistikatu gisa jokatzea eskatzen du, sarera itzultzen den energia sarearen fasearekin eta maiztasunarekin bat datorrela ziurtatuz.

11. Eskualdeko estandarren analisia: GB/T (Txina) vs. 2. mota

1. eta 2. motak munduko zatirik handiena hartzen duten arren, Txinak —munduko ibilgailu elektrikoen merkatu handiena— bere estandarra erabiltzen du:GB/T 20234.

11.1 2. motako antzekotasun fisikoak

Fisikoki, GB/T AC konektorea 2. motako konektorearen oso antzekoa da. Zazpi pineko diseinua du. Hala ere, generoak alderantziz daude: entxufeak pinak ditu (arrak), eta autoak entxufeak (emeak), hau da, 2. motako estandarraren aurkakoa.

11.2 Komunikazio-desberdintasunak

GB/T AC-ko seinaleztapena ere 1. eta 2. motako PWM printzipio berean oinarritzen da. Hala ere, PP eta CP esku-emateko erresistentzia balio zehatzak apur bat desberdinak dira. Horrek esan nahi du 2. motako Europako auto batek ezin duela GB/T kargagailu txinatar bat erabili (edo alderantziz) pin fisikoak aldatzen dituen egokitzaile espezializatu bat gabe, baita seinale-bihurketa zirkuitu bat ere baduena.

11.3 Merkatuaren eragina

GB/T estandarraren desbideratzeak estandarizazio teknikoan eragina duten faktore geopolitiko eta ekonomikoak nabarmentzen ditu. Bere estandar propioa sortuz, Txinak ziurtatu zuen bere etxeko fabrikatzaileek ekosistema babestua zutela, IEC estandarretatik ikasitako ikasgai teknikoak aprobetxatuz.

12. Probak, Ziurtagiriak eta Kalitate Bermea: UL, CE eta Haratago

EVSE bat saldu aurretik, proba zorrotzak gainditu behar ditu erabiltzailea elektrokutatuko ez duela edo suterik piztuko ez duela ziurtatzeko.

12.1 UL 2594 eta UL 2231 (Ipar Amerika)

Ipar Amerikan, Underwriters Laboratories (UL) enpresak definitzen ditu EVSEren estandarrak. UL 2594 arauak kargatzeko estazioaren oinarrizko eraikuntza eta segurtasuna hartzen ditu barne, eta UL 2231 arauak, berriz, langileen babes sistemetan jartzen du arreta (RCD/GFCI funtzionaltasuna). UL ziurtagirirako baldintza nagusietako bat "Inpaktuarekiko erresistentzia" da: kargagailuak pisu handi batek kolpeak jasan behar ditu piezak agerian utzi gabe.

12.2 CE eta IEC 61851 (Europa/Mundua)

Europan, CE markak Tentsio Baxuko Zuzentaraua eta EMC (Bateragarritasun Elektromagnetikoa) Zuzentaraua betetzen direla adierazten du. Arau tekniko nagusia hau da:IEC 61851Probak honako hauek barne hartzen ditu:

• Indar dielektrikoa:Ziurtatu isolamenduak tentsio handiko igoerak jasan ditzakeela.
• Tenperaturaren igoera:Kargagailua orduz korronte maximoan erabiltzea, gehiegi berotu ez dadin.
• Ingurumenaren Erresilientzia:Kostaldeko eremuetarako gatz-ihinztadura probak eta eskualde idorretarako hauts-sarrera probak.

12.3 Elkarreragingarritasun-proben garrantzia

Segurtasunaz gain, erronka bat dagoElkarreragingarritasunaEz dute auto guztiek kargagailu guztiekin funtzionatzen ezin hobeto. CharIN (Charging Interface Initiative) bezalako taldeek "probak" egiten dituzte, non fabrikatzaileek beren ibilgailuak eta kargagailuak ekartzen dituzten esku-emateak eta komunikazio-protokoloak marka ezberdinetan akatsik gabe funtzionatzen dutela egiaztatzeko.

(3. blokearen amaiera. Entxufe adimendunei eta etorkizuneko estandarizazioari buruzko xehetasun teknikoak zabaltzen jarraitzea.)

13. Osagaien Banaketa Aurreratua: Horma-kutxa Moderno baten Barne Ingeniaritza

1. eta 2. motako sistemen arteko aldea maila zehatzean ulertzeko, "hormako kaxaren" barrura begiratu behar da. EVSE bat ez da luzapen-kable glorifikatu bat soilik; energia kudeatzeko ordenagailu sofistikatu bat da.

13.1 Kontrolatzaile Nagusia (MCU)

EVSEren garuna normalean 32 biteko mikrokontrolagailu bat da (ARM Cortex-M seriekoa bezalakoa). Txip honek 1 kHz-ko CP seinalearen sorrera kudeatzen du, PP erresistentzia kontrolatzen du eta segurtasun logika exekutatzen du. Kargagailu adimendunetan, MCU honek Wi-Fi edo Ethernet pila ere kudeatzen du eta erabiltzailearen mugikorretarako aplikazioarekin komunikatzen da MQTT edo HTTP protokoloen bidez.

13.2 Korronte-sentsazioa: Hall efektua vs. Shunt

Emandako energia monitorizatzeko eta gehiegizko korronte egoerak detektatzeko, EVSE-k korronte sentsoreak erabiltzen ditu.

• Hall efektuko sentsoreak:Hauek korronteak sortutako eremu magnetikoa neurtzen dute. Isolamendu galbanikoa eskaintzen dute eta bikainak dira korronte handiko aplikazioetarako.
• Shunt erresistentziak:Hauek erresistentzia ezagun batean zeharreko tentsio-jausia neurtzen dute. Oso zehatzak diren arren, isolamendu-zirkuitu konplexuagoak behar dituzte.

2. motako hiru faseko kargagailuetan, MCUak hiru korronte-bide bereizi aldi berean kontrolatu behar ditu faseen oreka bermatzeko eta fase bat huts egin duen detektatzeko.

13.3 Elikatze-iturri laguntzailea

Barne elektronikak (MCU, Wi-Fi modulua, pantaila eta kontaktu-bobinak) tentsio baxuko korronte zuzeneko elikatze-iturri bat behar du (normalean 12V edo 5V). 2. motako hiru faseko sistema batean, elikatze-iturri lagungarria fase bakarra egon arren funtzionatzeko diseinatuta dago askotan, kargagailua "online" egon dadin eta fase-galeraren errore baten berri eman diezaion erabiltzaileari.

14. Entxufe adimendunak eta interkonexio estandarizatua: kargatzeko gailu eramangarrien etorkizuna

Hormako kaxa finkoak urrezko estandarra diren arren, ibilgailu elektrikoen jabe askok kargagailu eramangarrien menpe daude (askotan "amonaren kableak" edo "IC-CPD" deitzen zaie - Kable barruko kontrol eta babes gailuak).

14.1 Etxeko entxufeen arrisku teknikoak

Ibilgailu elektriko bat etxeko entxufe estandar batetik kargatzea (NEMA 5-15 AEBetan edo Schuko Europan) teknikoki erronka bat da. Entxufe hauek ez ziren diseinatu 10-16 ampere 12 orduz jarraian emateko.

• Ihesaldi termikoa:Denborarekin, entxufearen metalezko kontaktuen tentsioa ahuldu egin daiteke, eta horrek erresistentzia handia eta bero handia eragin dezake.
• Entxufe adimendunak erreskatera:Kalitate handiko kargagailu eramangarriek etxeko entxufean zuzenean integratutako tenperatura sentsoreak dituzte orain. Entxufea gehiegi berotzen hasten bada, IC-CPD-k autoari korronte-kontsumoa murrizteko seinalea emango dio, entxufea urtzea eragotziz.

14.2 Kargagailu eramangarri "unibertsala"

2. motako ekosisteman, joera berri bat kargagailu eramangarri modularra da (Juice Booster edo Tesla Mobile Connector bezalakoa). Gailu hauek egokitzaile trukagarri sorta bat erabiltzen dute. Gailuak zein egokitzaile konektatuta dagoen ezagutzen du (PP pinaren antzeko erresistentzia kodetutako sistema bat erabiliz) eta automatikoki ezartzen du kargatzeko korronte maximoa. Horrek kargatzeko irtenbide "unibertsal" bat eskaintzen du, herrialde eta entxufe mota desberdinetan funtzionatzen duena, hormako kaxa finko baten segurtasuna mantenduz.

15. Ipar Amerikako trantsizioa: 1. motatik (J1772) NACSra (SAE J3400)

Ipar Amerikako merkatuan aldaketa garrantzitsu bat gertatzen ari da, 1. motaren eta 2. motaren arteko konparaketa zailtzen duena: Teslak aitzindari izan zuen Ipar Amerikako Kargatzeko Arauaren (NACS) adopzioa, orain SAE J3400 gisa estandarizatu dena.

15.1 NACSen ikuspegi teknikoa

1. eta 2. motako konektoreek AC eta DC kargatzeko pin bereiziak dituzte ez bezala, NACS konektoreak bi pin nagusi berdinak erabiltzen ditu bietarako. Diseinu dotore eta trinkoa da, fase bakarreko AC eta abiadura handiko DC kargatzeko gai dena.

15.2 Protokoloen konbergentzia

Garrantzitsua da, NACS konektore fisikoa desberdina den arren, erabiltzen duelakomunikazio protokolo berdinakeztabaidatu ditugun estandarren arabera. Korronte alternoko kargarako, J1772 PWM seinaleztapena erabiltzen du. Korronte zuzeneko kargarako, ISO 15118 PLC komunikazioa erabiltzen du. Horrek esan nahi du egokitzaile pasibo sinple batekin, 1 motako auto batek NACS korronte alternoko estazio batean kargatu dezakeela, eta alderantziz. Trantsizio honek trinkotasun fisikorako mugimendua nabarmentzen du, elkarreragingarritasun globala bermatzen duen seinaleztapen logika estandarizatua galdu gabe.

16. Kargagailu Integratuaren (OBC) Topologiaren eragina korronte alternoko kargatze-errendimenduan

Konektorea eta hormako kaxa istorioaren erdia baino ez dira. Ibilgailuaren kargagailu integratuak (OBC) zehazten du, azken finean, kargatzeko abiadura.

16.1 OBC monofasikoa vs. OBC hirufasikoa

Hasierako mailako ibilgailu elektriko askok (eta hibrido entxufagarriek) fase bakarreko entxufe-kargagailu bat baino ez dute, baita 2. motako merkatuetan ere. 7 kW-ko fase bakarreko entxufe-kargagailu bat duen auto bat 22 kW-ko hiru faseko 2. motako kargagailu batera konektatzen baduzu, 7 kW bakarrik hartuko ditu eskuragarri dauden hiru faseetatik batetik. Hau nahasmen-puntu ohikoa da kontsumitzaileen artean.

16.2 OBC Diseinu Modularrak

Fabrikatzaile batzuek (Tesla eta Renault bezalakoek) OBC modularrak erabiltzen dituzte. 2. motako merkatu batean, autoak hiru karga-modulu berdin izan ditzake, 3,7 kW-koak. Hiru faseko potentziara konektatuta dagoenean, modulu bakoitzak fase bat kudeatzen du, guztira 11 kW eginez. 1. motako kargagailu monofasiko batera konektatuta dagoenean (AEBetan), autoak modulu hauek paraleloan konekta ditzake amperaje handiko fase bakar batetik 11 kW arte hartzeko. Modularitate hau potentzia-elektronikako ingeniaritzaren maisulan bat da, ibilgailu-plataforma bera mundu osoan saltzea ahalbidetzen baitu, bere tentsio handiko arkitekturan aldaketa minimoak eginez.

17. Softwarearen eginkizuna: OCPP eta hodeian oinarritutako karga kudeaketa

Sare berera konektatutako milaka kargagailura hurbiltzen garen heinean, softwarea kobrea eta silizioa bezain garrantzitsua bihurtzen ari da.

17.1 Karga Puntu Irekiaren Protokoloa (OCPP)

OCPP EVSE baten eta kudeaketa sistema zentral (CMS) baten artean erabiltzen den industria-estandar hizkuntza da. Honako hauek egiteko aukera ematen du:

• Urruneko diagnostikoak:Teknikari batek kargagailua berrabiarazi edo firmwarea egunera dezake milaka kilometrora.
• Karga-oreka dinamikoa:20 kargagailu baina 100A-ko hornidura soilik duen apartamentu eraikin batean, CMS-k OCPP erabil dezake kargagailu bakoitzari denbora errealean zenbat korronte eman dezakeen esateko, eraikinaren etengailu nagusia inoiz ez jauzi egitea ziurtatuz, auto guztiei ematen zaien energia osoa maximizatuz.

17.2 Erabiltzaile Esperientzia (UX) eta “Aplikazioen Ekonomia”

Kontsumitzailearentzat, 1. eta 2. motaren arteko aldea askotan desagertzen da telefono adimenduneko aplikazio baten atzean. Hala ere, konexioaren sendotasun teknikoa —zenbat azkar osatzen den CP esku-ematea, zein fidagarria den Wi-Fia berriro konektatzen den argindar mozketa baten ondoren— erabiltzaile esperientzia positiboaren oinarria izaten jarraitzen du.

18. Ondorioa: Kargatzeko Mundu Hibrido baten Konplexutasunak Nabigatzen

1. eta 2. motako ibilgailu elektrikoen kargagailuen arteko aldea ez da soilik pin kopurua edo plastikoaren forma. Azpiegitura elektrikoaren bi filosofia desberdinen isla da.

• 1. mota (J1772)Ipar Amerikan eta Japonian nagusi den 120V/240V fase-zatitutako sare monofasikorako optimizatutako korronte handiko soluzio sendoa da. Bere bost pineko diseinua —bi potentzia, bat lurra, bi seinale— nahita sinplea da, 240V-ko zirkuitu batean 80A-ra (19,2 kW) arteko 2. mailako karga fidagarria eskainiz. Karga gehiena etxean edo lanean, orduetan zehar, gertatzen den mundu baterako diseinatu zen, eta ingeniaritza-laburpena sinpletasuna eta kostua dira nagusi.
• 2. mota (IEC 62196-2)zazpi pineko plataforma bat da, Europako eta Asiako zati handi bateko 400V-ko sare trifasikorako eraikia. Bi seinale-pin berdinak ditu, baina hiru faseko potentzia-pinak gehitzen ditu, 43 kW-rainoko korronte alternoko karga ahalbidetuz (edo 22 kW-ko instalazio erreal gehienetan) eta Europako etxebizitza eta merkataritza-azpiegiturek eskatzen dituzten potentzia-dentsitate handiagoak onartuz. Bere moldakortasuna korronte zuzenera ere hedatzen da: 2. motako konektoreen familiak CCS2 sarrera konbinatuaren oinarria du, eta 1. motako J1772 diseinuak CCS1 sortu zuen.
• Ondorioa:Ez bata ez bestea ez dira “hobeak” zentzu absolutuan; bakoitza bere etxeko sare elektrikoari emandako ingeniaritza-erantzun leial bat da. 1. mota eskualde monofasikoetarako aukera ekonomiko eta sendoa da; 2. mota eskualde trifasikoetarako potentzia handiko eta etorkizunerako malgua den plataforma da. Akats-puntua ez da konektorea, baizik eta egokitzeari uko egiten dion hardwarea: estandar bakarra onartzen duten kargagailuek eta ibilgailu elektrikoek jabeak blokeatzen dituzte gero eta handiagoa den roaming sare globaletik kanpo.

Aurrera egiteko bidea

Fabrikatzaile eta operadoreentzat, erantzun praktikoa hardware estandar anitzekoa da. Bi estandarreko DC kargagailuek (CCS1 + CCS2, CCS + CHAdeMO, eta gero eta gehiago NACS) produktu bakar batek eskualde guztiak zerbitzatzen uzten dute, egokitzaile ekosistemek ibilgailu zaharrak zabaltzen dituzten bitartean. Kontsumitzaileentzat, ikasgaia errazagoa da: aukeratu benetan erabiliko dituzun sareen estandarrak onartzen dituzten ibilgailuak eta kargagailuak, eta espero ezazu industriaren NACS-en eta CCS2-n Ipar Amerikan konbergentziak urtero bateragarritasuna buruhauste gutxiago izatea.

Segurtasun Ziurtagiriari buruzko oharra

Entxufearen formaren atzean kontsumitzaileek inoiz ikusten ez duten baina instalatzaile guztiek errespetatu behar duten ingeniaritza geruza bat dago: ziurtagiria. 1 motako hardwareak UL 2594 / UL 2594-1 eta CSA zerrendak ditu Ipar Amerikan, 2 motako hardwareak, berriz, IEC 61851-1 bete behar du eta, instalazio komertzialetarako, IEC 62196-2 osagaien ziurtagiria Europan. CE markak, UKCAk eta gero eta gehiago tokiko sare elektrikoaren kodearen betetzeak (adibidez, VDE-AR-N 4100 Alemanian) zehazten dute kargagailu bat sarera legez konekta daitekeen ala ez. Eskualde anitzetarako hardwarea hornitzen duten operadoreek instalazio-jurisdikzio bakoitzarekin bat datozen ziurtagiriak eskatu beharko lituzkete; eskakizun horrek neurriz kanpo mesede egiten die eskualdeko aldaera bakoitza probatu eta ziurtatzen duten fabrikatzaileei, diseinu bakarra berrizendatu beharrean.

Ondorio nagusiak

• 1. motak (J1772) Ipar Amerikako azpiegitura monofasikoa islatzen du; 2. motak (IEC 62196-2) Europako azpiegitura hirufasikoa.
• Bost pineko 1 motako eta zazpi pineko 2 motako diseinuek CP/PP seinaleztapen logika beraren araberakoak dira, beraz, "hizkuntza" elektrikoa partekatzen da geometria desberdina denean ere.
• 2. motako hiru faseko gaitasunak korronte alternoko potentzia askoz handiagoa ahalbidetzen du, eta 1. motako sinpletasunak kostua eta konplexutasuna baxuak mantentzen ditu.
• OCPP oinarritutako sarearen kudeaketak eta hardware multiestandarrak kargatzeko mundu hibridoa operadoreentzat kudeagarriagoa eta gidarientzat ezin hobea egiten dute.

Jarri harremanetan MIDA Power-ekin mundu hibrido baterako kargagailuak fabrikatzen ditu: AC eta DC sistemak, CCS1/CCS2/CHAdeMO/NACS konektore aukerak eta OCPP-rekin bateragarria den sareko softwarea, edozein estandar nahasketa kontrol-paneletik kudeatzen duena. Jarri harremanetan gure taldearekin bateragarritasunari buruzko orientazioa, zehaztapen teknikoak eta zure eskualdeko azpiegiturara egokitutako aurrekontua lortzeko.