Споредба на системи од тип 1 J1772 и тип 2 IEC 62196-2

Дефинитивен технички водич за глобални стандарди за полнење електрични возила: Сеопфатна споредба на системите тип 1 J1772 и тип 2 IEC 62196-2, топологија на мрежа, протоколи за комуникација и паметна инфраструктура

1. Вовед: Глобалниот премин кон електрификација и улогата на стандардизираното полнење

Глобалниот автомобилски пејзаж доживува промена на парадигмата, преминувајќи од мотори со внатрешно согорување (ICE) на електричен погон. Централна за оваа транзиција е инфраструктурата што ја поддржува: Опремата за снабдување со електрични возила (EVSE), попозната како полначи за електрични возила. Со забрзувањето на усвојувањето на електричните возила (EV), разбирањето на техничките нијанси на стандардите за полнење станува од клучно значење за инженерите, креаторите на политики и потрошувачите.

Развојот на стандардите за полнење електрични возила историски гледано е фрагментиран, под влијание на регионалните архитектури на електричните мрежи, регулаторните средини и стратешките интереси на производителите на автомобили. Денес, два основни стандарди доминираат на пазарот за полнење со AC (наизменична струја): Тип 1 (SAE J1772) и Тип 2 (IEC 62196-2). Иако двата служат на истата фундаментална цел - пренесување на електрична енергија од мрежата до вградениот полнач на возилото - нивните технички имплементации, физички дизајни и протоколи за комуникација значително се разликуваат.

Оваа статија дава длабинска техничка анализа на системите за полнење од тип 1 и тип 2. Ќе ги истражиме нивните архитектонски разлики, нивната прилагодливост на различни топологии на глобалната мрежа, физиката на нивните комуникациски сигнали и безбедносните механизми што ги штитат и корисникот и возилото. Понатаму, ќе испитаме како ограничувањата на моќноста во домаќинствата во различни земји влијаат на брзината на полнење и новите трендови што ја обликуваат иднината на стандардизираната, паметна меѓусебна поврзаност во екосистемот на електричните возила.

2. Архитектура Тип 1 (SAE J1772): Историја, конфигурација на пинови и доминација во Северна Америка

Конекторот Тип 1, формално познат како стандард SAE J1772, е примарен интерфејс за полнење на наизменична струја што се користи во Северна Америка и Јапонија. Развиен од Здружението на автомобилски инженери (SAE), тој е дизајниран да ги задоволи специфичните потреби на еднофазните електрични мрежи што се наоѓаат во овие региони.

2.1 Историски контекст и филозофија на дизајнот

Стандардот J1772 првпат беше предложен во 2001 година и претрпе неколку ревизии за да ја достигне својата сегашна форма. Примарната цел на дизајнот беше да се создаде безбеден, робустен и лесен за користење интерфејс за полнење од Ниво 1 (120V) и Ниво 2 (240V). За разлика од повеќефазните барања на европските мрежи, северноамериканската станбена мрежа е претежно сплит-фазна, обезбедувајќи две ногарки од 120V кои можат да се комбинираат за услуга од 240V. Следствено, конекторот Тип 1 беше оптимизиран за испорака со висока струја во еднофазна фаза.

2.2 Физичка конфигурација на пин

Конекторот од тип 1 има распоред со пет пина:

1. L1 (Линија 1):Примарен проводник на електрична енергија.
2. L2/N (Линија 2 или неутрална):При полнење од 120V Ниво 1, ова служи како неутрална. При полнење од 240V Ниво 2, ова служи како втора фаза од 120V (L2).
3. PE (Заштитна заземјување):Безбедносната заземјувачка врска, која осигурува дека шасијата на возилото е поврзана со заземјувањето на мрежата.
4. CP (Контролен пилот):Комуникациската линија што се користи за договарање на параметрите за полнење помеѓу EVSE и возилото.
5. CS (Контролно управување) / Пилот за близина (PP):Повратна јамка што детектира дали приклучокот е целосно вметнат и му овозможува на возилото да го спречи движењето додека се полни.

2.3 Електрични карактеристики и ограничувања

Стандардот Тип 1 поддржува полнење на наизменична струја до 80 ампери, што на 240V се преведува на максимална моќност од 19,2 kW. Сепак, повеќето станбени полначи Тип 1 работат помеѓу 16A (3,8 kW) и 48A (11,5 kW), што одговара на можностите на вообичаените вградени полначи. Физичкиот дизајн на пиновите е робустен, наменет да се справи со високи термички оптоварувања во текот на илјадници циклуси. Една дефинирачка карактеристика на приклучокот Тип 1 е неговиот механизам за рачно заклучување, кој бара од корисникот да притисне активирач за да го ослободи приклучокот од влезот на возилото.

3. Архитектура Тип 2 (IEC 62196-2): Менекесов стандард, модуларен дизајн и европска разноврсност

Додека европскиот пазар се стремеше да го стандардизира полнењето на електричните возила, се соочи со поинаков предизвик: распространетоста на трифазните електрични системи во станбени и комерцијални услови. Решението беше конекторот од тип 2, честопати наречен приклучок „Mennekes“ по германската компанија што го дизајнираше.

3.1 Движењето кон IEC 62196-2

Меѓународната електротехничка комисија (IEC) го усвои дизајнот Тип 2 како дел од стандардот IEC 62196. За разлика од конекторот Тип 1, кој е по природа ограничен на еднофазна работа, конекторот Тип 2 е дизајниран од самиот почеток да биде модуларен и отпорен на иднината. Може да поддржува еднофазна, разделена фаза и трифазна наизменична струја.

3.2 Распоред и функционалност на седум-пински конектор

Конекторот од тип 2 користи конфигурација со седум пина:

1. Л1, Л2, Л3:Три одделни фазни проводници, што овозможуваат трифазно напојување.
2. N (Неутрално):Наменски неутрален проводник, неопходен за трифазни системи каде што оптоварувањето може да биде неурамнотежено.
3. PE (Заштитна заземјување):Безбедносниот терен.
4. CP (Контролен пилот):Сигналната линија (идентична по функција со J1772).
5. PP (Пилот за близина):Се користи за откривање на присуството на приклучокот и, во стандардот Тип 2, за комуникација на капацитетот на пренос на струја на самиот кабел преку систем со кодиран отпор.

3.3 Разноврсност и ограничувања на моќноста

Конекторот Тип 2 е значително помоќен од Тип 1. Во трифазна конфигурација, може да поддржи до 63 ампери по фаза, теоретски обезбедувајќи до 43 kW наизменична струја (иако 22 kW е практична граница за повеќето јавни и станбени трифазни инсталации). Дури и во еднофазен режим, може да се спореди со перформансите на Тип 1. Понатаму, влезот Тип 2 на возилото е дизајниран да биде компатибилен со CCS2 (Комбиниран систем за полнење) за брзо полнење со еднонасочна струја, додавајќи два големи пина за еднонасочна струја под интерфејсот за наизменична струја.

4. Фазна динамика на моќност: Споредба на еднофазна ефикасност и трифазна испорака на моќност

Најфундаменталната техничка разлика помеѓу системите Тип 1 и Тип 2 лежи во начинот на кој тие ги справуваат електричните фази. Ова не е само избор на конектор, туку одраз на основната мрежна инфраструктура.

4.1 Еднофазни ограничувања кај тип 1

Во систем од тип 1, вградениот полнач (OBC) на возилото е дизајниран да прима енергија од еден извор на наизменична струја. За да се зголеми брзината на полнење, единствените варијабли што можат да се прилагодат се напонот (120V до 240V) и струјата (ампеража). Бидејќи станбените панели во САД обично се ограничени на вкупна услуга од 200A, наменските кола за електрични возила над 50A бараат значителни надградби на инфраструктурата. Еднофазното полнење со висока струја, исто така, става големо термичко оптоварување на жиците и пиновите на конекторот.

4.2 Предности на трифазниот систем кај тип 2

Системите од тип 2 ги користат трифазните мрежи вообичаени во Европа и делови од Азија и Океанија. Со распределба на моќноста низ три фази, системот може да испорача многу поголема вкупна моќност при помали амперажи по фаза. На пример, полнач од 11 kW користи 16A низ три фази (3 x 230V x 16A ≈ 11 kW). За да се постигнат истите 11 kW на еднофазен систем од тип 1, струјата би требало да биде приближно 46A (240V x 46A ≈ 11 kW).

Пониската ампеража по фаза кај системите од тип 2 води до:

• Намалено производство на топлина:Помалку отпорно загревање во каблите и конекторите.
• Помали пресеци на кабел:Полесни, пофлексибилни кабли за иста излезна моќност.
• Стабилност на мрежата:Трифазното полнење обезбедува поизбалансирано оптоварување на мрежата, намалувајќи го ризикот од фазен дисбаланс и проблеми со неутралната струја во локалниот дистрибутивен трансформатор.

4.3 Ефикасност и конверзија

Од техничка гледна точка, ефикасноста на вградениот полнач е исто така засегната. Трифазниот наизменичен напон се пренасочува во еднонасочна струја полесно од еднофазниот наизменичен напон, што бара помалку капацитивно филтрирање за да се постигне стабилен еднонасочен напон за батеријата. Ова може да доведе до малку поголема ефикасност на конверзија кај трифазните OBC во споредба со нивните еднофазни еквиваленти.

(Крај на Блок 1. Продолжување во следниот блок за да се достигне потребната должина и длабочина.)

5. Интегритет и комуникација на сигналот: Детална анализа на функциите CP (Контролен пилот) и PP (Пилот на близина)

Комуникацијата помеѓу EVSE и EV се одвива преку две наменски сигнални линии со низок напон: Контролен пилот (CP) и Пилот за близина (PP). Иако физичките конектори се разликуваат, основниот протокол за сигнализација за полнење на наизменична струја е стандардизиран според IEC 61851-1 и SAE J1772.

5.1 Контролен пилот (CP) и модулација на ширината на импулсот (PWM)

CP сигналот е квадратен бран од ±12V 1kHz генериран од EVSE. Овој сигнал служи како примарен индикатор за ракување и статус. Комуникациската секвенца е дефинирана од специфични нивоа на напон и работниот циклус на PWM сигналот.

• Состојба А (во режим на подготвеност):EVSE испушта постојан излез од +12V DC. Ова покажува дека полначот е напојуван, но не е поврзано возило.
• Состојба Б (Поврзано со возило):Кога ќе се вметне приклучокот, возилото поврзува отпорник и диода помеѓу CP и PE линиите. Ова го намалува напонот од +12V на +9V. EVSE го детектира овој пад и почнува да генерира PWM сигнал од 1kHz.
• Состојба C (барано наплата):Возилото сигнализира дека е подготвено да прими напојување со затворање на прекинувач кој поставува помал отпор во колото, намалувајќи го CP напонот дополнително на +6V. Во овој момент, EVSE ги затвора своите внатрешни контактори за да напојува наизменична струја.
• Состојба Д (Потребна е вентилација):Ако на возилото му е потребна вентилација (ретко кај модерните електрични возила, но е дел од стандардот), напонот паѓа на +3V.
• Состојба E/F (Грешки):Сигнал од 0V или -12V укажува на дефект, како што е заземјување или целосно губење на комуникацијата.

НаРаботен циклусод PWM сигналот што го испраќа EVSE му кажува на возилото која максимална струја е дозволена да ја троши. На пример:

• 10% Работен циклус = 6 ампери
• 25% Работен циклус = 15 ампери
• 50% Работен циклус = 30 ампери
• 80% Работен циклус = 48 ампери

Ова овозможува динамичко управување со оптоварувањето; ако потрошувачката на енергија во куќата се зголеми, EVSE може да го намали работниот циклус за да спречи исклучување на главниот прекинувач.

5.2 Пилот за близина (PP) и механичко блокирање

PP сигналот гарантира дека возилото не може да тргне додека е вклучено во струја и му помага на системот да го одреди капацитетот на пренос на струја на кабелот.

• Во Тип 1 (J1772):PP линијата (честопати наречена CS пин) е поврзана со прекинувач во рачката на приклучокот. Кога корисникот ќе го притисне копчето за отпуштање, колото е прекинато. Возилото веднаш го детектира ова и престанува да троши струја пред да се исклучат главните пинови за напојување, спречувајќи електрично искрење.
• Во Тип 2 (IEC 62196):PP линијата се користи за идентификување на типот на кабел. Каблите се опремени со отпорник помеѓу PP и PE пиновите. Кабел од 11 kW (16A) ќе има различен отпор од кабел од 22 kW (32A). EVSE и возилото го користат овој отпор за да се осигурат дека нема да ги надминат термичките ограничувања на кабелот, дури и ако возилото е способно за поголема моќност.

6. Механички дизајн и безбедност: Механизми за заклучување, IP рејтинзи и физичка робусност

Физичката средина за полнење електрични возила е сурова - изложена на дожд, снег, прашина и екстремни температури. Затоа, механичкиот дизајн на конекторите од тип 1 и тип 2 е високо инженерски обработен.

6.1 Механизми за заклучување: рачни наспроти електронски

Значајна разлика помеѓу двата стандарди е начинот на кој приклучокот е прицврстен на возилото.

• Рачно заклучување од тип 1:Приклучокот од тип 1 има механичка брава што се активира со палецот. Ова е едноставно и сигурно, но нема безбедност; секој може да се приближи и да го исклучи автомобилот што се полни од струја, освен ако корисникот не додаде посебен катанец на рачката.
• Електронска брава од тип 2:Стандардот Тип 2 се потпира на моторизирана игла за заклучување во влезот на возилото. Кога ќе започне полнењето, возилото автоматски го заклучува приклучокот на место. Ова спречува кражба на кабелот (во случај на неврзани полначи вообичаени во Европа) и гарантира дека приклучокот не може да се отстрани додека тече напон.

6.2 Заштита од влез (IP) и запечатување на околината

И двата конектори се дизајнирани да ги исполнат високите IP рејтинзи (обично IP54 или повисоки кога се споени).

• Одводни канали:Конектори од тип 2 имаат специјализирани дренажни отвори за да се спречи собирање вода околу игличките.
• Материјална наука:Куќиштата се направени од UV-стабилизирани, отпорни на удари полимери како PBT (полибутилен терефталат) за да издржат падови врз бетон и изложеност на интензивна сончева светлина.
• Контактно позлатување:Игличките обично се посребрени за да се обезбеди низок отпор на контакт и висока издржливост во текот на илјадници циклуси на парење.

6.3 Термичко управување

Современите полначи за наизменична струја со голема моќност често вклучуваат термистори (NTC сензори) вградени во приклучокот. Овие сензори ја следат температурата на пиновите во реално време. Ако температурата надмине безбедносен праг (на пр., поради лабава врска или остатоци во влезот), EVSE ќе му сигнализира на возилото да ја намали струјата на полнење или целосно да се исклучи за да се спречи пожар.

7. Топологии на глобална мрежа: TN, TT и IT мрежи и нивното влијание врз инсталацијата на EVSE

Дизајнот и инсталацијата на EVSE се под силно влијание на системите за заземјување што се користат во различни региони. EVSE мора да детектира присуство на безбедно заземјување пред да дозволи започнување на полнењето.

7.1 TN системи (тера-неутрални)

TN системот е вообичаен во Северна Америка (TN-CS) и Велика Британија. Во оваа поставеност, неутралната и заземјувањето се споени на влезот во сервисот. Иако ова обезбедува сигурен пат за струи на дефект, претставува ризик во случај на дефект „Open PEN“ (заштитна неутрална жица за заземјување). Ако неутралната жица од мрежата се скине, шасијата на електричното возило може да се напојува со напон на линијата. Ова доведе до развој на специјализирани уреди за „откривање на отворен PEN“ во полначите со спецификации во Велика Британија.

7.2 TT системи (Тера-Тера)

Вообичаен во делови од континентална Европа (како Франција и Италија) и Јапонија, TT системот користи локална заземјувачка прачка која не е поврзана со неутралната страна на мрежата. EVSE инсталирани на TT мрежите мора да бидат многу чувствителни на импедансата на земјата. Ако заземјувачката прачка не е доволно длабока или почвата е премногу сува, полначот може да одбие да се стартува бидејќи не може да потврди патека со низок отпор до земјата.

7.3 ИТ системи (Изоле-Тера)

Сместен во Норвешка и во некои индустриски средини, ИТ системот нема директна врска помеѓу неутралната/фазните и земјата. Ова претставува уникатен предизвик за електричните возила, бидејќи многу вградени полначи се дизајнирани да очекуваат заземјена неутрална. Често се потребни специјализирани трансформатори за изолација за безбедно полнење на електричните возила на ИТ мрежи.

7.4 Варијации на фреквенцијата и напонот на мрежата

Иако Тип 1 и Тип 2 се разликуваат главно по нивната фазна поддршка, основната фреквенција на мрежата (60Hz во САД/Јапонија наспроти 50Hz во поголемиот дел од остатокот од светот) исто така влијае на дизајнот на индуктори и кондензатори во вградениот полнач на возилото. Сепак, повеќето модерни OBC се со широк опсег, способни да ракуваат со 100V-250V и 50/60Hz.

8. Ограничувања на електричната енергија во домаќинствата: Како националните регулативи за електрична мрежа и домашните дистрибутивни панели ги ограничуваат брзините на полнење на електрични возила

Теоретските брзини на полнење (како 22 kW за Тип 2 или 19,2 kW за Тип 1) ретко се постигнуваат во станбени услови поради ограничувањата на локалната мрежа и електричниот панел на домот.

8.1 Северна Америка: Ограничувањето на панелот од 200A

Во Соединетите Американски Држави, типичен модерен дом има сервисна табла од 200A. Цртежот на полначот од ниво 2 од 48A бара прекинувач од 60A. Според Националниот електричен кодекс (NEC), континуираното оптоварување (како полнењето на електрични возила) не треба да надминува 80% од номиналната вредност на прекинувачот на колото. За домовите со постари панели од 100A, инсталирањето на електричен полнач со висока моќност е невозможно без надградба на услугата, што може да чини илјадници долари. Ова доведе до популарност на полначите од 32A (7,7 kW), кои ја балансираат брзината на полнење со капацитетот на панелот.

8.2 Обединето Кралство: Еднофазна доминација и отворен PEN

Иако мрежата во Велика Британија е трифазна на дистрибутивно ниво, повеќето домови се снабдуваат со една фаза од 230V, 60A или 100A. Ова го ограничува полнењето во домаќинствата на 7,4 kW. Поради заземјувањето TN-CS споменато претходно, прописите на Велика Британија бараат полначите да имаат скапа заштита од отворени неутрални грешки, што ги прави EVSE специфични за Велика Британија технички посложени од нивните европски колеги.

8.3 Германија и Северна Европа: Стандардот од 11 kW

Во Германија, трифазното напојување е стандардно во речиси секоја станбена зграда. Ова овозможува широка инсталација на ѕидни кутии од 11 kW (3 x 16A). За разлика од САД, каде што 11 kW бараат тешко еднофазно коло од 60A, во Германија е потребно само трифазно коло од 16A, кое користи многу потенки жици и лесно се вклопува во постојните дистрибутивни панели. Многу германски компании за комунални услуги бараат известување или одобрение за полначи над 11 kW (како што се единици од 22 kW) за да се обезбеди стабилност на локалната мрежа.

8.4 Австралија и Нов Зеланд: Висок напон, Еднофазен

Австралија користи систем од 230V/240V сличен на оној во Велика Британија. Повеќето станбени инсталации се еднофазни од 7,4 kW. Сепак, поради долгите растојанија и руралната природа на мрежата, флуктуациите на напонот се чести. EVSE во овие региони мора да има робусна заштита од пренапон и поднапон за да се справи со „пренапонски падови“ или пренапони без да го оштети возилото.

(Крај на Блок 2. Продолжување во следниот блок за да се достигне потребната должина и длабочина.)

9. Сеопфатна заштита на струјни кола: Имплементација на RCD од тип A/B, откривање на истекување на DC и заштита од прекумерна струја при полнење на AC

Безбедноста е камен-темелник на дизајнот на електричните возила (EVSE). Полнењето на електрични возила вклучува испорака на големи количини на енергија во подолги периоди, често во влажни услови. Следствено, заштитните кола мора да бидат многу пософистицирани од оние на стандарден домашен апарат.

9.1 Уреди за резидуална струја (RCD): Тип А наспроти Тип Б

RCD е дизајниран да детектира нерамнотежа помеѓу струјата што тече низ линијата и неутралните жици, што укажува на истекување кон земјата („грешка на земјата“). При полнење на електрични возила, постои специфичен ризик:Преостаната струја на еднонасочна струја.

• RCD тип А:Овие се вообичаени кај станбените панели и можат да детектираат AC и пулсирачки DC преостанати струи. Сепак, тие можат да бидат „заслепени“ од мазно истекување на DC. Ако дефект во вградениот полнач на електричното возило предизвика повеќе од 6mA мазно DC истекување во страната на AC, внатрешното јадро на трансформаторот на RCD од тип А може да се засити, спречувајќи го да се исклучи дури и ако се појави опасен AC дефект.
• RCD тип Б:Овие се дизајнирани да детектираат AC, пулсирачки DC и мазни DC преостанати струи. Иако нудат супериорна заштита, тие се значително поскапи.
• RDC-DD (Уред за детекција на преостаната еднонасочна струја):За да се намалат трошоците, а воедно да се одржи безбедноста, многу модерни EVSE системи вклучуваат RDC-DD модул (во согласност со IEC 62955). Овој модул детектира непречено истекување на DC над 6mA и го исклучува полначот. Кога е присутен RDC-DD, во дистрибутивната табла може да се користи стандарден (и поевтин) RCD тип А.

9.2 Заштита од прекумерна струја и краток спој

Секое коло на EVSE мора да биде заштитено со минијатурен прекинувач (MCB). Бидејќи полнењето на EV е континуирано оптоварување, MCB мора да се дератира. Во САД (NEC), оптоварувањето за полнење од 40A бара прекинувач од 50A. Во Европа, изборот на MCB (крива од тип B, C или D) зависи од очекуваната струја на вклучување на вградениот полнач на возилото. Прекинувачот на кривата „C“ генерално се претпочита за да се избегне непријатно исклучување за време на почетната фаза на поврзување.

9.3 Заштита од пренапон (SPD)

EVSE често се инсталираат на отворено и се поврзани со голем метален предмет (автомобилот), што ги прави ранливи на индиректни удари од гром и пренапон на мрежата. Инсталирањето на уред за заштита од пренапон тип 2 (SPD) е препорачливо (а во некои региони, како Германија, задолжително) за да се заштити чувствителната електроника и на полначот и на возилото.

9.4 Контактори и галванска изолација

Срцето на испораката на моќност на EVSE еКонтакторОва е реле за тешки услови кое физички ги поврзува или исклучува пиновите за наизменична струја. Од безбедносни причини, контакторот мора да биде „нормално отворен“, што значи дека напојувањето се испорачува само кога CP сигналот покажува „Состојба C“ (Подготвен за полнење). Висококвалитетните EVSE користат четириполни контактори за трифазни системи за да се осигурат дека сите фази и неутралната страна се изолирани кога не се во употреба. Некои напредни единици вклучуваат и „Детекција на заварени контакти“, која го следи статусот на контакторот; ако контактите се спојат (спречува прекин на напојувањето), EVSE ќе активира хардверски аларм и ќе остане во состојба на дефект.

10. Паметно полнење и ISO 15118: Преминување од PWM кон дигитална комуникација и „вклучи и полни“

Иако основната CP/PP сигнализација е доволна за едноставно полнење на наизменична струја, иднината на екосистемот на електричните возила се потпира на богата, дигитална размена на податоци. Тука влегува во игра стандардот ISO 15118.

10.1 Ограничувања на PWM

Стандардната PWM сигнализација ја соопштува само максималната достапна струја. Не му ја кажува на EVSE состојбата на полнење (SoC) на возилото, капацитетот на батеријата или неговиот уникатен идентификатор. Без овие информации, функции како автоматско фактурирање, полнење свесно за мрежата и двонасочен пренос на енергија се тешки за имплементација.

10.2 HomePlug Green PHY и PLC комуникација

ISO 15118 воведуваКомуникација со електрична линија (PLC)преку жицата на контролниот пилот (CP). Со преклопување на високофреквентен дигитален сигнал (HomePlug Green PHY) врз CP сигналот од 1kHz, возилото и EVSE можат да воспостават TCP/IP врска. Ова овозможува:

• Вклучи и наполни:Возилото автоматски се идентификува на полначот. Полначот комуницира со бекенд сервер за да ја овласти сесијата и да го обработува плаќањето без потреба од RFID картичка или мобилна апликација.
• Интеграција на паметна мрежа:Електричното возило може да го соопшти своето планирано време на поаѓање и потребите од енергија. Потоа, мрежата (или Системот за управување со енергијата во домот – HEMS) може да го закаже полнењето за кога цените на електричната енергија се најниски или производството на обновлива енергија е највисоко.

10.3 Иднината на двонасочното полнење (V2G, V2H, V2X)

Еден од највозбудливите аспекти на ISO 15118 (поточно ревизијата -20) е поддршката за двонасочно полнење со наизменична струја. Додека повеќето имплементации на Vehicle-to-Grid (V2G) моментално користат DC (преку CHAdeMO или CCS), двонасочното полнење со наизменична струја му овозможува на возилото да го користи својот вграден полнач како инвертер за да ја врати енергијата во домот или мрежата. Ова бара од EVSE да дејствува како софистициран чувар на врата, осигурувајќи дека енергијата што се враќа во мрежата совршено се совпаѓа со фазата и фреквенцијата на мрежата.

11. Анализа на регионалните стандарди: GB/T (Кина) наспроти Тип 2

Додека Тип 1 и Тип 2 покриваат поголем дел од светот, Кина - најголемиот пазар за електрични возила во светот - користи свој стандард:GB/T 20234.

11.1 Физички сличности со Тип 2

Физички, GB/T AC конекторот изгледа многу слично на конекторот Тип 2. Има распоред со седум пина. Сепак, половите се обратни: приклучокот ги има пиновите (машки), а автомобилот ги има приклучоците (женски), што е спротивно на стандардот Тип 2.

11.2 Разлики во комуникацијата

Сигнализација во GB/T AC исто така се базира на истиот PWM принцип како Тип 1 и Тип 2. Сепак, точните вредности на отпорниците за ракувањата PP и CP се разликуваат малку. Ова значи дека европски автомобил Тип 2 не може да користи кинески GB/T полнач (или обратно) без специјализиран адаптер кој не само што ги менува физичките пинови, туку содржи и коло за конверзија на сигналот.

11.3 Влијание врз пазарот

Дивергенцијата на стандардот GB/T ги истакнува геополитичките и економските фактори што влијаат врз техничката стандардизација. Со создавање на свој стандард, Кина обезбеди нејзините домашни производители да имаат заштитен екосистем, а воедно да ги искористи техничките лекции научени од IEC стандардите.

12. Тестирање, сертификација и обезбедување квалитет: UL, CE и пошироко

Пред да може да се продаде EVSE, тој мора да помине ригорозно тестирање за да се осигури дека нема да го електрифицира корисникот или да предизвика пожар.

12.1 UL 2594 и UL 2231 (Северна Америка)

Во Северна Америка, Underwriters Laboratories (UL) ги дефинира стандардите за EVSE. UL 2594 ја опфаќа основната конструкција и безбедност на станицата за полнење, додека UL 2231 се фокусира на системите за заштита на персоналот (функционалноста RCD/GFCI). Клучен услов за UL сертификација е „Отпорност на удар“ - полначот мора да може да издржи удар од тешка тежина без да изложи делови под напон.

12.2 CE и IEC 61851 (Европа/Глобално)

Во Европа, ознаката CE означува усогласеност со Директивата за низок напон и Директивата за EMC (електромагнетна компатибилност). Примарниот технички стандард еIEC 61851Тестирањето вклучува:

• Диелектрична јачина:Обезбедување дека изолацијата може да се справи со скокови на висок напон.
• Зголемување на температурата:Вклучување на полначот на максимална струја со часови за да се осигура дека нема да се прегрее.
• Отпорност на животната средина:Тестови со солен спреј за крајбрежните области и тестови за навлегување на прашина за сушните региони.

12.3 Важноста на тестирањето на интероперабилноста

Освен безбедноста, постои и предизвикот наИнтероперабилностНе секој автомобил работи совршено со секој полнач. Групи како CharIN (Иницијативата за интерфејс за полнење) спроведуваат „Тестивали“ каде што производителите ги носат своите возила и полначи за да потврдат дека ракувањата и протоколите за комуникација работат беспрекорно кај различни брендови.

(Крај на Блок 3. Продолжување на понатамошно проширување на техничките детали за паметните приклучоци и идната стандардизација.)

13. Напреден преглед на компоненти: Внатрешен инженеринг на модерен ѕиден полнач

За да се разбере разликата помеѓу системите Тип 1 и Тип 2 на грануларно ниво, мора да се погледне во самиот „wallbox“. EVSE не е само прославен продолжен кабел; тоа е софистициран компјутер за управување со енергија.

13.1 Главен контролер (MCU)

Мозокот на EVSE е обично 32-битен микроконтролер (како што е серијата ARM Cortex-M). Овој чип го обработува генерирањето на CP сигнал од 1kHz, го следи отпорот на PP и ја извршува безбедносната логика. Кај паметните полначи, овој микроконтролер, исто така, го управува Wi-Fi или Ethernet стекот и комуницира со мобилната апликација на корисникот преку MQTT или HTTP протоколи.

13.2 Смерување на струја: Холов ефект наспроти шант

За следење на испорачаната енергија и откривање на ситуации со прекумерна струја, EVSE користи сензори за струја.

• Сензори за Холов ефект:Овие го мерат магнетното поле генерирано од струјата. Тие обезбедуваат галванска изолација и се одлични за апликации со висока струја.
• Шант отпорници:Овие го мерат падот на напонот преку познат отпор. Иако се многу прецизни, тие бараат посложени кола за изолација.

Кај трифазните полначи од тип 2, микроконтролерот мора истовремено да следи три одделни струјни патеки за да обезбеди рамнотежа на фазите и да открие дали една фаза откажала.

13.3 Помошно напојување

Внатрешната електроника (MCU, Wi-Fi модул, дисплеј и контакторски намотки) бара нисконапонско напојување со еднонасочна струја (обично 12V или 5V). Во трифазен систем од тип 2, помошното напојување често е дизајнирано да работи дури и ако е присутна само една фаза, овозможувајќи му на полначот да остане „онлајн“ и да пријави грешка при губење на фазата на корисникот.

14. Паметни приклучоци и стандардизирана интерконекција: Иднината на преносното полнење

Иако фиксните полначи за ѕид се златен стандард, многу сопственици на електрични возила се потпираат на преносни полначи (често наречени „granny cables“ или „IC-CPD“ – In-Cable Control and Protection Devices).

14.1 Технички ризици од домашни приклучоци

Полнењето на електрично возило од стандарден домашен приклучок (NEMA 5-15 во САД или Schuko во Европа) е технички предизвик. Овие приклучоци не се дизајнирани да испорачуваат 10-16 ампери континуирано во текот на 12 часа.

• Термичко бегство:Со текот на времето, напнатоста во металните контакти на штекерот може да ослабне, што доведува до висок отпор и екстремна топлина.
• Паметни приклучоци на помош:Висококвалитетните преносни полначи сега имаат сензори за температура вградени директно во домашниот штекер. Ако приклучокот почне да се прегрева, IC-CPD ќе му сигнализира на автомобилот да ја намали потрошувачката на струја, спречувајќи го топењето на штекерот.

14.2 „Универзалниот“ преносен полнач

Во екосистемот Тип 2, нов тренд е модуларниот преносен полнач (како Juice Booster или Tesla Mobile Connector). Овие уреди користат серија заменливи адаптери. Уредот препознава кој адаптер е прикачен (користејќи систем со отпорник-код сличен на PP пинот) и автоматски ја поставува максималната струја на полнење. Ова обезбедува „универзално“ решение за полнење кое работи во различни земји и типови приклучоци, додека ја одржува безбедноста на фиксен ѕиден полнач.

15. Северноамериканската транзиција: Од Тип 1 (J1772) до NACS (SAE J3400)

На северноамериканскиот пазар моментално се случува голема промена што ја комплицира споредбата помеѓу Тип 1 и Тип 2: усвојувањето на Северноамериканскиот стандард за полнење (NACS), воведен од Тесла, а сега стандардизиран како SAE J3400.

15.1 Технички преглед на NACS

За разлика од Тип 1 и Тип 2, кои имаат посебни пинови за полнење со AC и DC, NACS конекторот ги користи истите два примарни пина за двата. Тоа е елегантен, компактен дизајн кој ракува и со еднофазен AC и со голема брзина со DC.

15.2 Конвергенција на протоколите

Клучно е што, иако физичкиот NACS конектор е различен, тој го користиистите комуникациски протоколикако стандардите што ги дискутиравме. За полнење на наизменична струја, се користи J1772 PWM сигнализацијата. За полнење на еднонасочна струја, се користи ISO 15118 PLC комуникацијата. Ова значи дека со едноставен пасивен адаптер, автомобил од тип 1 може да се полни на NACS AC станица и обратно. Оваа транзиција го истакнува движењето кон физичка компактност без да се жртвува стандардизираната логика на сигнализација што обезбедува глобална интероперабилност.

16. Влијанието на топологијата на вградениот полнач (OBC) врз перформансите на полнење на наизменична струја

Конекторот и ѕидниот полнач се само половина од приказната. Вградениот полнач (OBC) на возилото на крајот ја диктира брзината на полнење.

16.1 Еднофазен OBC наспроти трифазен OBC

Многу електрични возила од почетно ниво (и plug-in хибриди) имаат само еднофазен OBC, дури и на пазарите од Тип 2. Ако приклучите автомобил со еднофазен OBC од 7 kW во трифазен полнач од Тип 2 од 22 kW, тој ќе троши само 7 kW од една од трите достапни фази. Ова е честа точка на забуна кај потрошувачите.

16.2 Модуларни OBC дизајни

Некои производители (како Tesla и Renault) користат модуларни OBC-а. На пазарот од тип 2, автомобилот може да има три идентични модули за полнење од 3,7 kW. Кога е поврзан на трифазен полнач, секој модул се справува со една фаза, вкупно 11 kW. Кога е поврзан на еднофазен полнач од тип 1 (во САД), автомобилот може да ги поврзе овие модули паралелно за да потроши до 11 kW од една фаза со висока ампеража. Оваа модуларност е ремек-дело на инженерството за енергетска електроника, овозможувајќи истата платформа на возилото да се продава глобално со минимални промени во нејзината високонапонска архитектура.

17. Улогата на софтверот: OCPP и управување со оптоварување базирано на облак

Како што се движиме кон илјадници полначи поврзани на истата мрежа, софтверот станува подеднакво важен како бакарот и силициумот.

17.1 Протокол за отворена точка за полнење (OCPP)

OCPP е индустриски стандарден јазик што се користи помеѓу EVSE и централен систем за управување (CMS). Тој овозможува:

• Далечинска дијагностика:Техничарот може да го рестартира полначот или да го ажурира неговиот фирмвер од илјадници милји оддалеченост.
• Динамичко балансирање на оптоварувањето:Во станбена зграда со 20 полначи, но само напојување од 100A, CMS може да користи OCPP за да му каже на секој полнач колку струја може да обезбеди во реално време, осигурувајќи дека главниот прекинувач на зградата никогаш не се исклучува, а воедно ја максимизира вкупната енергија испорачана на сите автомобили.

17.2 Корисничко искуство (UX) и „Економија на апликации“

За потрошувачот, разликата помеѓу Тип 1 и Тип 2 често исчезнува зад апликацијата за паметни телефони. Сепак, техничката робусност на врската - колку брзо се завршува ракувањето со CP, колку сигурно Wi-Fi се поврзува повторно по прекин на електричната енергија - останува основа на позитивно корисничко искуство.

18. Заклучок: Справување со сложеноста на светот на хибридно полнење

Разликата помеѓу полначите за електрични возила од тип 1 и тип 2 е повеќе од само бројот на пинови или обликот на пластиката. Таа е одраз на две различни филозофии на електричната инфраструктура.

• Тип 1 (J1772)е робусно решение за висока струја, оптимизирано за еднофазната 120V/240V разделена фазна мрежа што доминира во Северна Америка и Јапонија. Неговиот дизајн со пет пина - две напојувања, едно заземјување, два сигнали - е намерно едноставен, испорачувајќи сигурно полнење од Ниво 2 до 80A (19,2kW) на 240V коло. Дизајниран е за свет каде што поголемиот дел од полнењето се случува дома или на работа, во текот на часови, и каде што едноставноста и цената доминираат во инженерските задачи.
• Тип 2 (IEC 62196-2)е седумпинска платформа изградена за трифазната 400V мрежа на Европа и поголемиот дел од Азија. Ги носи истите два сигнални пина, но додава трифазни пина за напојување, овозможувајќи полнење на наизменична струја до 43kW (или 22kW во повеќето реални инсталации) и поддржувајќи ја поголемата густина на моќност што ја бара европската станбена и комерцијална инфраструктура. Неговата разновидност се протега и на еднонасочна струја: семејството на конектори тип 2 го поткрепува комбинираниот влез CCS2, додека дизајнот J1772 на тип 1 го создаде CCS1.
• Заклучок:Ниту еден стандард не е „подобар“ во апсолутна смисла - секој е верен инженерски одговор на својата домашна мрежа. Тип 1 е економичен, робустен избор за еднофазни региони; Тип 2 е платформа со голема моќност, флексибилна кон иднината за трифазни региони. Точката на дефект не е конекторот, туку хардверот што одбива да се адаптира: полначите и електричните возила што поддржуваат само еден стандард ги заклучуваат своите сопственици надвор од растечката глобална роаминг мрежа.

Патот напред

За производителите и операторите, практичниот одговор е повеќестандарден хардвер. Двостандардните полначи со еднонасочна струја (CCS1 + CCS2, CCS + CHAdeMO и сè повеќе NACS) овозможуваат еден производ да служи за секој регион, додека адаптерските екосистеми ги прошируваат старите возила. За потрошувачите, лекцијата е поедноставна: изберете возила и полначи кои ги поддржуваат стандардите на мрежите што всушност ќе ги користите - и очекувајте конвергенцијата на индустријата на NACS во Северна Америка и CCS2 во Европа да ја направи компатибилноста помала главоболка со секоја измината година.

Забелешка за сертификација за безбедност

Зад обликот на приклучокот лежи слој на инженерство што потрошувачите никогаш не го гледаат, но секој инсталатер мора да го почитува: сертификација. Хардверот од тип 1 носи листи UL 2594 / UL 2594-1 и CSA во Северна Америка, додека хардверот од тип 2 мора да ги исполнува IEC 61851-1 и, за комерцијални инсталации, сертификација на компонентите IEC 62196-2 во Европа. CE ознаката, UKCA и сè поголемата усогласеност со локалните мрежни кодови (на пр., VDE-AR-N 4100 во Германија) одредуваат дали полначот може легално да се поврзе со мрежата. Операторите што набавуваат хардвер за повеќе региони треба да бараат сертификати што одговараат на секоја јурисдикција на инсталацијата - барање што непропорционално им дава предност на производителите кои тестираат и сертифицираат секоја регионална варијанта, наместо да преименуваат еден дизајн.

Клучни заклучоци

• Тип 1 (J1772) ја одразува еднофазната северноамериканска инфраструктура; Тип 2 (IEC 62196-2) ја одразува трифазната европска инфраструктура.
• Дизајните со пет пина Тип 1 и седум пина Тип 2 се потпираат на истата CP/PP логика на сигнализација, така што електричниот „јазик“ е споделен дури и кога геометријата се разликува.
• Трифазната способност на тип 2 овозможува многу поголема наизменична струја, додека едноставноста на тип 1 ги одржува трошоците и сложеноста ниски.
• Управувањето со мрежата базирано на OCPP и повеќестандардниот хардвер го прават светот на хибридно полнење лесен за управување за операторите и беспрекорен за возачите.

Контактирајте ја MIDA Power, која произведува полначи за хибриден свет: AC и DC системи, опции за конектори CCS1/CCS2/CHAdeMO/NACS и мрежен софтвер компатибилен со OCPP кој управува со која било комбинација од стандарди од една контролна табла. Контактирајте го нашиот тим за упатства за компатибилност, технички спецификации и понуда прилагодена на инфраструктурата на вашиот регион.