CCS1 һәм CCS2 стандартларына тирәнтен чуму: Элемтә протоколлары һәм NACS интеграциясе

Глобаль зарядка парадоксын аңлау: CCS1 һәм CCS2 стандартларына, физик катлам элемтә протоколларына, изоляция мониторингы архитектураларына һәм NACS интеграциясенә геосәяси күчешкә күп үлчәмле техник тирәнтен өйрәнү

1 нче бүлек: Кереш: Глобаль электрлаштыру күренеше һәм стандарт сугыш

Дөнья автомобиль сәнәгате хәзерге вакытта үзенең йөзьеллык тарихындагы иң мөһим технологик борылышларның берсен үтә: эчке яну двигательләреннән (ICE) электр транспорт чараларына (EV). Литий-ион батареяларының химиясе һәм кремний карбиды (SiC) инверторларының нәтиҗәлелеге еш кына яңалыкларда яктыртылса да, бу революциянең танылган герое - һәм еш кына килеп чыга торган "тыелган урын" - зарядка интерфейсы.

Зарядка стандарты - электромобиль экосистемасының төп өлеше. Ул гади генә штепсель һәм розетка түгел; ул югары вольтлы электр электроникасы, цифрлы элемтә протоколлары һәм куркынычсызлык блоклауларының катлаулы системасы. Бүгенге көндә дөнья, нигездә, Берләштерелгән Зарядка Системасы (CCS) ике лагерьга бүленә: CCS1 (Төньяк Америкада һәм Кореядә еш очрый) һәм CCS2 (Европада һәм башка күпчелек төбәкләрдә еш очрый).

Ләкин бу икеләтә бүленеш җимерелә. Күптән түгел SAE J3400 буларак кодлаштырылган Төньяк Америка зарядка стандартының (NACS) күтәрелеше тармакта зур дулкыннар тудырды, CCS1-не эчке базарда кулланылыштан чыгару куркынычы тудырды. Шул ук вакытта, CCS2-нең катлаулылыклары ISO 15118-20 стандартын гамәлгә ашыру белән үзгәрә, бу Plug & Charge һәм Vehicle-to-Grid (V2G) кебек функцияләрне гамәлгә ашыра.

Бу мәкаләдә CCS1 һәм CCS2-нең комплекслы, 360 градуслы техник анализы тәкъдим ителә. Без аларның механик аермаларын, импульс киңлеге модуляциясенең (PWM) һәм электр линиясе элемтәсенең (PLC) төп сигнал логикасын, изоляция мониторингы җайланмаларының (IMD) мөһим куркынычсызлык функциясен һәм бу стандартларны формалаштырган катлаулы геосәяси һәм тәэмин итү чылбыры көчләрен тикшерәчәкбез. Шулай ук ​​без җәмәгать зарядка челтәрләрендәге үзара эшләү проблемаларын һәм өченче як адаптерларын куллану белән бәйле югары дәрәҗәдәге хокукый мохитне тикшерәчәкбез.

2 нче бүлек: Эволюцион тамырлар: SAE J1772 vs. IEC 62196-2 һәм CCSка юл

Берләштерелгән Зарядка Системасын аңлау өчен, башта алардан алдагы AC зарядка стандартларына күз салырга кирәк. CCS, асылда, гамәлдәге AC штепсельләренә "өстәмә" булып тора, шуңа күрә ул "Катнаш" дип атала.

1 нче типның тууы (SAE J1772)

2000 еллар башында Америка Кушма Штатларындагы Автомобиль Инженерлары Җәмгыяте (SAE) J1772 стандартын эшләде. Еш кына Yazaki штепселы яки 1 нче тип дип аталган физик тоташтыргыч бер фазалы AC зарядка өчен эшләнгән. Аның биш контакты бар иде: L1 (1 нче линия), N (нейтраль), PE (саклаучы җир), CP (контроль пилоты) һәм PP (якынлык пилоты).

1 нче тип Төньяк Америка электр челтәре өчен оптимальләштерелгән, анда торак йортлар өчен электр энергиясе гадәттә 120 В яки 240 В бер фазалы. Механик конструкциягә тоташтыргычны машинага беркетү өчен кул белән башкарыла торган йозак һәм зарядка сессиясенең башлануы һәм тәмамлануы турында сигнал бирү өчен микро-үзгәртү җайланмасы кергән.

2 нче типның күтәрелеше (IEC 62196-2)

Шул ук вакытта Европадагы Халыкара электротехника комиссиясе (IEC) өч фазалы AC электр энергиясен хуплый торган Европа челтәре өчен яраклы стандарт өстендә эшли иде. Нәтиҗәдә, IEC 62196-2 стандарты буенча кодлаштырылган Меннекес штепселы, яки 2 нче типтагы штепсель барлыкка килде.

1 нче типтан аермалы буларак, 2 нче тип җиде контактлы тоташтыргыч: L1, L2, L3, N, PE, CP һәм PP. Өч фазаны хуплап, 2 нче тип 22 кВт кадәр AC энергиясен бирә ала (400В да 32А), ә 1 нче тип сирәк очрый торган югары ток конфигурацияләрендә гадәттә 7,4 кВт яки 19,2 кВт белән чикләнгән. Моннан тыш, 2 нче тип кул белән идарә ителә торган йозактан баш тартты, машина керү урынында электрон йозак электромагнитын сайлады.

"Комбо" чишелеше

Тиз зарядкага ихтыяҗ арткан саен, инженерлар дилемма белән очраштылар: машинада икенче аерым порт таләп итмичә, югары куәтле даими ток зарядкасын ничек өстәргә? Чишелеш - Берләштерелгән зарядка системасы.

• CCS1 (1 нче комбинация):1 нче типтагы AC тоташтыргычын ала һәм аның астына ике зур DC көч контактын (DC+ һәм DC-) өсти.
• CCS2 (2 нче комбинация):2 нче типтагы AC тоташтыргычын ала һәм аның астына шул ук ике DC көч контактын өсти.

Ике очракта да, гамәлдәге Control Pilot (CP) һәм Protective Earth (PE) контактлары DC кул кысу өчен кабат кулланыла, бу кире туры килүчәнлекне тәэмин итә һәм машинаның эчке электр үткәргечләренең катлаулылыгын киметә.

3 нче бүлек: Физик архитектура. Тирән өйрәнү: Combo 1 һәм Combo 2 механик дизайны һәм пин-нутлары.

CCS1 һәм CCS2 арасындагы физик аермалар эстетик кына түгел; алар челтәр инфраструктурасындагы һәм куркынычсызлык фәлсәфәсендәге төп аермаларны чагылдыра.

CCS1 (SAE J1772 Комбо)

CCS1 тоташтыргычы J1772'дән мирас итеп алынган "түгәрәк өслек" дизайны белән характерлана.

• Пин конфигурациясе:Өске өлешендә 5 контакт (L1, N, PE, CP, PP) һәм аскы өлешендә 2 зур контакт (DC+, DC-).
• Ябыштыру механизмы:CCS1 тоткадагы механик йозакка таяна. Кулланучы вилканы чыгару өчен төймәгә баса. Бу конструкция ватылырга мөмкин булуы һәм кулланучыларга ток әле дә агып торганда вилканы тартып алырга мөмкинлек бирүе өчен тәнкыйтьләнде (CP сигналы йозакны чыгару белән токны шунда ук туктатыр өчен эшләнгән).
• Суыту:Заманча ультра тиз CCS1 зарядка җайланмалары (350 кВт+) сыек суытылган кабельләрне кулланалар, анда суыткыч даими ток үткәргечләре тирәсендә һәм кайвакыт контактлар үзләре тирәсендә әйләнә, бу югары ток (500А+) сеанслары вакытында артык кызуны булдырмас өчен кулланыла.

CCS2 (IEC 62196-3 Комбо)

CCS2 тоташтыргычы 2 нче типтагы "яссы яклы" дизайнны куллана.

• Пин конфигурациясе:Өске өлешендә 7 контакт (L1, L2, L3, N, PE, CP, PP) һәм аскы өлешендә 2 зур контакт (DC+, DC-).
• Ябыштыру механизмы:CCS2 һәрвакыт машина тарафыннан электрон рәвештә бикләнә. Тоткасында төймә юк. Бу, гадәттә, ныграк һәм куркынычсызрак дип санала, чөнки тоташтыргычны кайчан алып буласын машина тулысынча контрольдә тота.
• Сетка туры килүчәнлеге:CCS2 L2 һәм L3 өчен контактларны үз эченә алганлыктан, CCS2 белән җиһазландырылган машина өйдә яки эштә өч фазалы AC зарядкасыннан тулысынча файдалана ала, бу аны Европа һәм Азия базарларында күпкә универсальрәк итә.

Чагыштырма таблица: CCS1 һәм CCS2 физик характеристикалары

4 нче бүлек: Идарә итү сигналы логикасы: PWM (Пульс киңлеге модуляциясе) һәм кул кысуның төп ысулы

Югары вольтлы электроннар агымы алдыннан, Электр транспорт чарасы белән тәэмин итү җиһазлары (EVSE) һәм Электр транспорт чарасы (EV) түбән вольтлы кул кысышу үткәрергә тиеш. Бу процесс ике катлам элемтә белән идарә ителә: элеккеге PWM сигналы һәм заманча PLC сигналы.

PWM сигналы (IEC 61851-1)

Control Pilot (CP) линиясе төп халәтләрне хәбәр итү өчен 1 кГц ешлыктагы 12 В импульс киңлеге модуляциясе (PWM) сигналын куллана. Бу - дистә елдан артык электромобильләрне зарядлауның нигезе булган ныклы, аналог ысул.

• А халәте (12V):Бернинди транспорт чарасы тоташтырылмаган.
• B халәте (9V):Транспорт чарасы тоташтырылган, зарядкага әзер түгел.
• C халәте (6V):Транспорт чарасы тоташтырылган һәм зарядкага әзер (вентиляция кирәк түгел).
• D халәте (3V):Транспорт чарасы тоташтырылган һәм зарядкага әзер (вентиляция кирәк).
• Эш циклы:1 кГц сигналның "кабызу" вакытының проценты EVSE бирә алырлык максималь токны күрсәтә. Мәсәлән, 25% эш циклы 15 Амперны тәшкил итә ала.

Вашингтонга күчү

AC зарядлау өчен PWM сигналы җитә. Ләкин, DC зарядлау өчен, EV һәм EVSE батареяның заряд торышы (SoC), соралган көчәнеш һәм түләү өчен санлы имзалар кебек катлаулы мәгълүматлар алмашырга тиеш. PWM үзенең чигенә нәкъ менә монда ирешә.

CCS'та CP линиясе "яңадан кулланыла". Физик тоташу PWM аша ачыкланганнан соң, система Power Line Communication (PLC) ярдәмендә CP линиясендә югары ешлыклы цифрлы сигналны каплап куя. PWM сигналы 5% эш циклында кала, ул EV'га HomePlug Green PHY (HPGP) PLC протоколын эшләтеп җибәрү турында сигнал бирүче "цифрлы күчергеч" булып хезмәт итә.

5 нче бүлек: Алдынгы коммуникацияләр: ISO 15118, DIN 70121 һәм PLC роле (электр линиясе коммуникациясе)

CCS1 һәм CCS2 арасындагы физик контактлар төрле булса да, системаның "мие" гаҗәеп охшаш. Икесе дә даими ток элемтәсе өчен ISO/IEC 15118 һәм DIN 70121 стандартларына таяна.

DIN 70121: DCга күпер

DIN 70121 CCS өчен DC зарядка элемтәсенең беренче гамәлгә ашырылуы булды. Ул ISO 15118 башлангыч проектларының бер өлеше. Ул транспорт чарасына һәм зарядка җайланмасына түбәндәге кебек хәбәрләр алмашырга мөмкинлек бирә:

• Сервисны ачу:Зарядка җайланмасы нинди хезмәтләр (AC/DC) тәкъдим итә?
• ЗарядкаПараметрынАчу:Батарея һәм зарядка җайланмасының көчәнеш һәм ток чикләре нинди?
• Көч белән җиткерү:Энергия агымын башлау яки туктату өчен чын команда.

ISO 15118: Акыллы зарядка стандарты

ISO 15118 - электромобиль элемтәсе өчен "алтын стандарт". Бу берничә алдынгы функцияне тәкъдим итүче күп өлешле стандарт:

1. Тоташтыру һәм зарядкалау (PnC):Ачык ачкыч инфраструктурасын (PKI) кулланып, машина үзен зарядка җайланмасына куркынычсыз рәвештә таный һәм түләүләрне автоматик рәвештә башкара ала. RFID карталары яки кушымталар кирәк түгел.
2. Өстәмә кыйммәт хезмәтләре:Җирле энергия бәяләре яки акыллы йорт системалары белән интеграция турында мәгълүмат.
3. Ике юнәлешле зарядка (ISO 15118-20):Машинага электр челтәренә яки өйгә электр энергиясен кире кайтарырга мөмкинлек бирү.

PLC физик катламы

Моның өчен кирәкле җиһаз - HomePlug Green PHY модемы. Элемтә Control Pilot линиясе аша барганлыктан, ул шулай ук ​​1 кГц PWM сигналын тапшыра, шуңа күрә шактый күп шау-шу бар. PLC югары куәтле зарядка станциясенең каты электромагнит мохитенә карамастан, 2 МГц һәм 30 МГц арасындагы ешлыкларда тапшырылган мәгълүматларның ышанычлы кабул ителүен тәэмин итү өчен ортогональ ешлык бүлү мультиплекславын (OFDM) куллана.

6 нчы бүлек: Куркынычсызлык протоколлары һәм изоляция мониторингы (IMD): Югары вольтлы системаларда агып чыгуны ачыклау

Көчәнеш 900 В тан артып, ә ток 500 А га җитәргә мөмкин булган даими ток тиз зарядкасында куркынычсызлык иң мөһим мәсьәлә булып тора. Бу куркынычсызлык архитектурасының мөһим компоненты - изоляцияне күзәтү җайланмасы (IMD).

Йөзүче система

Торактагы AC электр белән тәэмин итүдән аермалы буларак, нейтраль ток җиргә тоташкан, DC зарядка системалары "йөзүче" яки "изоляцияләнгән". DC+ та, DC линиясе дә машина шассисына (җир) тоташтырылмаган. Бу шуны аңлата: әгәр кеше DC линияләренең берсенә һәм шассига бер үк вакытта кагылса, алар аша ток үтмәскә тиеш, чөнки чыганакка кире кайту өчен тулы схема юк.

IMD роле

Әмма изоляция бозылса — мәсәлән, кабель тузган яки батарея эчендә суыткыч агып чыкса — даими ток линияләренең берсе очраклы рәвештә җиргә тоташтырылырга мөмкин. Икенче линиядә икенче җитешсезлек барлыкка килсә, куркыныч кыска ялганыш барлыкка килә.

IMD даими рәвештә даими ток шиналары һәм Саклагыч Җир (PE) арасындагы каршылыкны күзәтеп тора.

• Зарядка алдыннан сынау:Төп контакторлар зарядка башланганчы, EV һәм EVSE изоляция тикшерүен үткәрәләр. Әгәр каршылык билгеле бер чиктән түбән булса (гадәттә вольтка 100 Ом), сессия туктатыла.
• Даими күзәтү:Зарядка вакытында IMD ​​начарлануны күзәтү өчен кечкенә сигнал җибәрүен дәвам итә.

CCS1 vs. CCS2 IMD гамәлгә ашыру

Принцип бер үк булса да, билгеле бер чикләр һәм җавап бирү вакыты SAE һәм IEC реализацияләре арасында төрлечә булырга мөмкин. Европадагы CCS2 системалары еш кына IMDны турыдан-туры EVSE контроллерына интеграцияли, ә CCS1 системаларында электр шкафы һәм диспенсер арасында күбрәк бүленгән мониторинг булырга мөмкин. Берничә диспенсер бер зур энергия үзгәртү җайланмасын уртаклашкан "урынны уртаклашу" сценарийларында катлаулылык арта.

7 нче бүлек: Бикләү механизмнары һәм җылылык белән идарә итү: Кул белән йозаклар һәм электрон соленоидлар

Штепсельнең механик ышанычлылыгы ике стандарт арасындагы төп аерма булып тора.

CCS1: Лок җаваплылыгы

CCS1/J1772 штепсельенең кул белән тоташтырыла торган йозак - аның иң зәгыйфь ноктасы. Җәмәгать урыннарында бу йозаклар еш кына кулланучылар тарафыннан ватыла яки боз белән туңып кала. Йозак ватык булса, Proximity Pilot (PP) чылбыры ябылмаска мөмкин, бу машинаның зарядка башлавына комачаулый. Тагын да начаррак, өлешчә ватык йозак югары куәтле сессия вакытында тоташтыргычның селкенүенә мөмкинлек бирә, бу дуга һәм җылылык зыянына китерә.

CCS2: Соленоид өстенлеге

CCS2 тотка йозагын бетерә. Машинаның керү урынында моторлы штифт (соленоид) бар, ул тулысынча урнаштырылганнан соң тоташтыргычтагы тишеккә шуыша.

• Блокировка куркынычсызлыгы:Соленоид "бикләнгән" хәлне раслаганчы, машина югары вольтлы контакторларын япмаячак.
• Урлауны профилактикалау:Кулланучы машинаны ачканчы яки машина интерфейсы аша сессияне туктатканчы, рөхсәтсез өзелүне булдырмыйча, тоташтыргычны алып булмый.

Җылылык белән идарә итү

Зарядка тизлеге 400 кВт ка җиткәнлектән, җылылыкны идарә итү өстәмә түгел. CCS1 һәм CCS2 икесе дә даими ток контактлары янында урнаштырылган температура сенсорларын (гадәттә NTC термисторларын) кулланалар.

• Киметү:Әгәр дә төймәләрдәге температура куркынычсыз чиктән артып китсә (мәсәлән, 85°C), EVSE пластик корпусның эрүен булдырмас өчен автоматик рәвештә токны "киметәчәк" яки киметәчәк.
• Сыек суыту:Югары куәтле диспенсерларда кабельләр сизелерлек калынрак, чөнки аларда гликоль нигезендәге суыткыч өчен каналлар бар. Бу 500А температурада куркынычсыз температураны саклап калып, нечкә бакыр үткәргечләр кулланырга мөмкинлек бирә (кабель авырлыгын киметә).

8 нче бүлек: Үзара эшләүчәнлек (IOP) тестлавы: Күп сатучылы инфраструктурадагы кыенлыклар

Электромобиль йөртүчесе өчен иң күңелсез хәлләрнең берсе - "кул кысу уңышсызлыгы" - машина һәм зарядка җайланмасы сөйләшергә теләмиләр. Бу үзара эшләүчәнлек (IOP) проблемасы.

Программа тәэминаты стекының катлаулылыгы

CCS өчен коммуникация стегы берничә катламны үз эченә ала:

1. Физик катлам:HPGP PLC сигнал сыйфаты.
2. Мәгълүмат сылтамасы катламы:MAC адреслары һәм челтәргә кушылу.
3. Челтәр катламы:IPv6 адреслау (ISO 15118 таләп итә).
4. Кушымта катламы:XML нигезендәге хәбәрләшү (EXI компрессиясе).

Әгәр зарядка җайланмасының программа тәэминатында (Linux яки реаль вакыт ОС'та гамәлгә ашырылган) IPv6 күршесен ачыклау протоколында вакыт аермасы булса, яки машинаның XML парсеры бераз башкача схема көтсә, сессия уңышсыз тәмамлана.

Сынау чаралары һәм сертификацияләү

Моңа каршы тору өчен, тармак CharIN кебек оешмалар тарафыннан оештырылган "Тестлар" (Сынау фестивальләре) үткәрә. Tesla, VW, ABB һәм Siemens инженерлары үз машиналарын һәм зарядка җайланмаларын һәр мөмкин булган комбинацияне сынап карау өчен үзәк урынга алып киләләр. Шуңа да карамастан, иске EVSE микропрограммалары һәм яңа машина модельләренең "озын койрыгы" IOPның CCS экосистемасында даими проблема булып калуын тәэмин итә.

9 нчы бүлек: Геосәяси үзгәреш комнары: Төбәк бүленеше һәм глобаль тәэмин итү чылбыры икътисады

CCS1 һәм CCS2 арасында сайлау сирәк кенә техник өстенлеккә бәйле иде; бу гамәлдәге инфраструктура һәм төбәк суверенитеты турында иде.

Европа консолидациясе

Европа альтернатив ягулык инфраструктурасы директивасы (AFID) аша CCS2 куллануны мәҗбүр итү өчен иртәрәк хәрәкәт итте. Барлык дәүләт зарядка җайланмаларын 2 нче типтагы яки CCS2 интерфейсын тәэмин итәргә мәҗбүр итү аша, Европа Төньяк Американы еллар буе җәфалаган "стандарт сугыш"тан котылды. Бу компонентлар өчен ныклы икенчел базар булдырырга мөмкинлек бирде һәм BMW һәм Renault кебек Европа OEM җитештерүчеләре өчен тәэмин итү чылбырын гадиләштерде.

Төньяк Америка фрагментациясе

Төньяк Америка, киресенчә, берничә стандартның бергә яшәвенә юл куйды: CCS1, CHAdeMO (Nissan тарафыннан тәкъдим ителде) һәм Tesla'ның махсус тоташтыргычы. Бу фрагментация дәүләт инфраструктурасына инвестицияләрне киметте, чөнки сайт хуҗалары кыйммәтле күп протоколлы диспенсерлар сатып алырга мәҗбүр булдылар.

Көньяк Корея һәм Тайвань

Көньяк Корея CCS1не кабул итте, күбесенчә АКШ үрнәгенә ияреп, GMның көчле катнашуы һәм АКШ базарының Hyundai/Kia'ның иртә электромобильләр экспортына йогынтысы аркасында. Ләкин Тайвань - кызыклы мисал, анда хөкүмәт башта CCS1'гә авышкан, ләкин CCS2 һәм NACS машиналарының зур агымы күзәтелгән, бу катлаулы күп стандартлы мохиткә китергән.

10 нчы бүлек: NACS бозучысы: SAE J3400 Төньяк Американы ничек ныгыта һәм CCS1га ничек куркыныч тудыра

2022 елның ахырында Tesla үзенең патентланган тоташтыргыч дизайнын дөньяга ачты, аңа Төньяк Америка зарядка стандарты (NACS) дип исем кушты. Берничә ай эчендә Төньяк Америкадагы барлык эре автомобиль җитештерүчеләр диярлек - Ford, GM, Rivian, Volvo - CCS1'дан NACS'ка күчү турында игълан иттеләр.

NACS (SAE J3400) техник өстенлекләре

1. Форма факторы:NACS зур күләмле CCS1 тоташтыргычына караганда күпкә кечерәк һәм җиңелрәк.
2. Интегральләштерелгән пиннар:CCS'та AC һәм DC өчен аерым контактлар бар, ә NACS икесе өчен дә бер үк ике зур контакт куллана. Бу машина керү юлының зурлыгын киметә.
3. Элеккеге протокол:Иң мөһиме, NACS кулланашул укISO 15118 PLC элемтә протоколы CCS буларак. Бу автомобиль җитештерүчеләрнең үзләренең программа тәэминаты җыелмасын яңадан эшләмичә физик штепсельне алыштыра алуларын аңлата иде.

CCS1 өчен үлем ноктасы?

NACS SAE J3400 буларак кодификацияләнгәч, CCS1 Америка Кушма Штатларында "үлеп баручы стандарт" булып тора. Хәзерге вакытта NEVI (Милли Электр Транспорты Инфраструктурасы) программасы аша меңләгән CCS1 зарядка җайланмасы урнаштырылса да, киләчәк, һичшиксез, NACS. Бу үзгәреш SK Signet һәм ChargePoint кебек зарядка җайланмалары җитештерүчеләрен үзләренең җыю линияләрен тиз арада NACS кабельләрен кертү өчен үзгәртергә мәҗбүр итте.

11 нче бүлек: Адаптер базарлары һәм таләпләргә туры килү: Стандартлар арасындагы җиһазларның юридик һәм техник куркынычлары

Дөнья үзгәреш кичергән саен, адаптерлар күп миллион долларлык индустриягә әйләнде. Хәзер сез CCS2-не CCS1-гә, CCS1-не Tesla-га һәм Tesla-ны CCS1-гә әйләндерү өчен адаптерлар сатып ала аласыз. Ләкин бу уңайлык зур куркынычлар белән бәйле.

Куркынычсызлык аралыгы

Сертификатланган CCS тоташтыргычы 500 А токын эшкәртер өчен эшләнгән һәм катлаулы җылылык мониторингын үз эченә ала. Электрон коммерция платформаларында сатыла торган күп кенә өченче як адаптерларында мондый яклау чаралары юк.

• Аркага төшү куркынычы:Әгәр адаптер идеаль урнашмаса, интерфейста микродуга барлыкка килергә мөмкин, нәтиҗәдә адаптер эреп, машинаның кыйммәтле борт зарядка җайланмасына зыян китерергә мөмкин.
• Элемтә тоткарлыгы:Кайбер адаптерлар протоколларны тәрҗемә итү өчен "уртадагы кеше" электроникасы кулланалар (мәсәлән, CHAdeMO-ны CCS-ка), бу EVSE-да куркынычсызлык вакытын боза торган тоткарлык китерергә мөмкин.

Җаваплылык һәм иминият

Юридик яктан караганда, сертификатланмаган адаптер куллану еш кына машинаның гарантиясен юкка чыгара. Әгәр зарядка станциясендә адаптерның ватык булуы аркасында янгын чыкса, җаваплылык тулысынча кулланучыга төшә. Зур стандартлар оешмалары хәзер адаптерлар өчен сертификация программаларын булдырырга ашыга (мәсәлән, UL 2251), ләкин базар аны беренче кулланучылар өчен "Кыргый Көнбатыш" булып кала.

12 нче бүлек: Киләчәккә караш: Мегаватт зарядка (MCS), V2X һәм Берләшкән конвергенция

2030 елга күз салганда, CCS1 һәм CCS2 турындагы бәхәс яңа технологияләр аркасында артта калырга мөмкин.

Мегаватт зарядка системасы (MCS)

Авыр йөк машиналары өчен хәтта 350 кВт та бик әкрен. Сәнәгать 3,75 Мегаваттка кадәр (1250 В да 3000 А) куәт бирә алырлык MCS эшли. Кызыклысы шунда ки, MCS тоташтыргычы бердәм глобаль дизайн булып тора, бу коммерция секторы өчен төбәк аермасын бетерергә мөмкин.

Транспорт чарасыннан барысына да (V2X)

ISO 15118-20 интеграциясе электромобильләрне күчмә электр станцияләренә әйләндерәчәк. Машина CCS2 яки NACS кулланса да, пик сәгатьләрендә электр челтәрен тотрыклыландыру мөмкинлеге электромобиль хуҗалары өчен төп керем чыганагы булачак.

Йомгак

CCS1 һәм CCS2 арасындагы аерма глобаль стандартлар урнаштыруның катлаулылыгын күрсәтә. CCS2 халыкара базарда ачык җиңүче булып чыкса да, NACSның үсеше Төньяк Америка өчен кагыйдәләрне яңадан язып чыгарды. Инженерлар һәм сәясәтчеләр өчен сабак ачык: физик җиһазлар вакытлыча гына, ләкин төп санлы протоколлар (ISO 15118) һәм куркынычсызлык принциплары (IMD) электрлаштырылган киләчәкнең чын нигезе булып тора. Бу техник нюансларны аңлау электромобиль инфраструктурасының югары вольтлы дөньясында эшләүче һәркем өчен бик мөһим.

13 нче бүлек: Изоляция каршылыгы математикасы: R_iso ​​исәпләүләре һәм агып чыгу тогы

Югары көчәнешле (HV) даими ток тиз зарядка өлкәсендә изоляция каршылыгы ($R_{iso}$) куркынычсызлык параметры гына түгел, ә зарядка сессиясенең эш статусын билгели торган үлчәнә торган үзгәрүчән. IEC 61851-23 һәм SAE J1772 стандартлары буенча, шасси ватык булганда кеше тәненнән агып чыгарга мөмкин булган куркыныч агып чыгу токларын ($I_{агып чыгу}$) булдырмас өчен система минималь изоляция каршылыгын сакларга тиеш.

Үлчәү принцибы

Изоляцияне күзәтү җайланмасы (IMD) гадәттә даими ток үткәргечләре һәм саклагыч җир (PE) арасындагы каршылыкны үлчәү өчен "алмаштырылган резистор" яки "импульс инъекциясе" ысулын куллана. Гомуми изоляция каршылыгы уңай сызыктан җиргә ($R_p$) һәм тискәре сызыктан җиргә ($R_n$) каршылыкның параллель комбинациясе буларак билгеләнә:

$$R_{iso} = \frac{R_p \cdot R_n}{R_p + R_n}$$

Даими ток системалары өчен куркынычсызлык таләбе, гадәттә, 100 $\Omega/V$ итеп билгеләнә. 800 В көчәнештә зарядка алучы транспорт чарасы өчен, рөхсәт ителгән минималь $R_{iso}$ түбәндәгечә булыр иде:

$$800V \100 тапкырлау \Омега/V = 80,000 \Омега = 80 k\Омега$$

Агып чыгу агымы динамикасы

Агып чыгу тогы системаның паразит сыйдырышлыгы ($C_y$) һәм изоляция каршылыгы функциясе. Камил баланслы системада $R_p = R_n$, һәм җиргә карата урта ноктадагы көчәнеш нульгә тигез. Ләкин, уңай рельста ($R_p \rightarrow 0$) җитешсезлек килеп чыкса, тискәре рельс шассига карата $-800V$ ка күчә. IMD бу күчешне миллисекунд эчендә ачыкларга тиеш.

Таблица: CCS1 һәм CCS2 өчен куркынычсызлык чикләре

14 нче бүлек: PLC сигналының бөтенлеге: 500 кВт зарядка мохитендә тавыш белән эш итү

CCS'та кулланыла торган Power Line Communication (PLC) HomePlug Green PHY (HPGP) спецификациясенә нигезләнгән. HPGP башта аз энергияле акыллы өй кушымталары өчен эшләнгән булса да, аны 500 кВт зарядка мохитендә куллану электромагнит туры килүчәнлек (EMC) өлкәсендә бик зур кыенлыклар тудыра.

Тавышлы идән

Югары куәтле даими ток зарядка җайланмалары үзләренең көч баскычларында тиз алыштырыла торган кремний карбидын (SiC) яки изоляцияләнгән капкалы биполяр транзисторларны (IGBT) кулланалар. Бу компонентлар 20 кГц - 100 кГц ешлыкларда алыштыралар, бу зур гармоник шау-шу тудыра. PLC 2 МГц - 30 МГц диапазонында эшләгәнлектән, ул теоретик яктан беренчел алыштыру шау-шуыннан читтә, ләкин югары ешлыклы "шау-шу" һәм гомуми режимдагы күчешләр PLC модемының алгы өлешен җиңел генә туендырырга мөмкин.

Көчәйтү һәм тоташтыру

Control Pilot (CP) сигналы зарядка кабеле эчендәге экранланмаган чыбык аша үткәрелә. 30 МГц ешлыкта кабель индуктив һәм сыйдырышлы югалтулары зур булган катлаулы тапшыру линиясе булып тора.

• CCS1 Кабельләре:АКШта озынрак, еш кына авыррак кабельләр сигналның көчәюенә китерергә мөмкин.
• CCS2 Кабельләре:Европада тыгыз шәһәр урыннарында кыскарак кабельләр күрше диспенсерлар арасындагы үзара бәйләнешләрдән зыян күрергә мөмкин.

Моны киметү өчен, инженерлар югары үткәрүчәнлекле феррит үзәкләрен кулланып, PLC сигналын CP линиясенә тоташтырырга, шул ук вакытта 1 кГц PWM сигналын һәм югары ешлыклы шау-шуны блокларга "Сигнал инъекциясе җайланмалары"н (SIU) кулланалар.

15 нче бүлек: ISO 15118-2 vs. -20: Хәбәр эзлеклелегенең архитектура эволюциясе

Баштагы ISO 15118-2 стандартыннан яңа ISO 15118-20 стандартына (еш кына "Dash 20" дип атала) күчү электромобильләрне зарядлау тарихындагы иң мөһим программа тәэминатын яңарту булып тора.

ISO 15118-2: Нигез

"-2" версиясе XML нигезендәге төп кул алышуны урнаштырды:

1. Ярдәм ителә торган кушымта протоколы:Версия турында сөйләшүләр алып бара.
2. Сессияне көйләү:Бәйләнешне урнаштыра.
3. Идентификация:RFID яки Plug & Charge белән эшли.
4. ЗарядкаПараметрынАчу:Батарея чикләрен алыштыра.
5. Көч белән җиткерү:Агымны контрольдә тота.

ISO 15118-20: Киләчәк

Dash 20 киләсе буын энергетика хезмәтләре өчен эшләнгән бөтенләй яңа хәбәр структурасын тәкъдим итә:

• Ике яклы ярдәм:V2G (Транспорт чарасыннан челтәргә) һәм V2H (Транспорт чарасыннан өйгә) разрядлары өчен махсус хәбәрләр.
• Динамик режим:Зарядка җайланмасына машинага сеансны яңадан башламыйча, электр челтәрендәге йөкләнеш нигезендә реаль вакыт режимында токны үзгәртергә рөхсәт итә.
• Күбрәк куркынычсызлык:TLS 1.2 дән TLS 1.3 ка күчү, тизрәк кул алышу һәм көчлерәк шифрлау тәэмин итә.
• Мультиплекслау:Бер үк PLC тоташуы аша берничә хезмәтнең эшләвенә мөмкинлек бирә (мәсәлән, зарядка + мәгълүмат синхронлаштыру).

Хәбәрләр эзлеклелеге диаграммасы: Plug & Charge (PnC) һәм External Identification (EIM)

PnCда,КилешүИмзаСертификатЧынҗыентыгымашинадан зарядка җайланмасына җибәрелә. Зарядка җайланмасы моны үзенең сервер OCSP (Онлайн сертификат статусы протоколы) белән тикшерә. EIMда кулланучы физик карта күрсәтергә тиеш, һәм зарядка җайланмасы ... җибәрә.Рөхсәт бирүсорауны серверга җибәрү. PnC-ның латентлыгы күпкә түбәнрәк, бу исә "Tesla кебек" кулланучы тәҗрибәсенә китерә.

16 нчы бүлек: Югары куәтле тоташтыргычларның җылылык техникасы: материаллар, контакт каршылыгы һәм сыеклык белән суыту

CCS физик интерфейсы чикләренә якынлашканда, җылылык инженериясе төп проектлау чикләүләренә әйләнә.

Контактларга каршы тору ($R_{контакт}$)

Тоташтыргычта барлыкка килгән җылылык Джоуль законы белән билгеләнә: $P_{җылылык} = I^2 \cdot R_{контакт}$. 500 А заряд өчен:

• Әгәр $R_{контакт} = 0,5 м\Омега$ булса, $P_{җылылык} = 500^2 \cdot 0,0005 = 125 Вт$.
• Әгәр $R_{contact}$ $2.0 м\Омега$ кадәр кими икән, $P_{җылылык} = 500^2 \cdot 0.002 = 500 Вт$.

Пластик тоткадагы 500 Ватт җылылык берничә минут эчендә катастрофик эштән чыгуга китерәчәк. Шуңа күрә төймәләрнең көмеш белән каплануы бик мөһим. Көмеш теләсә нинди металлга караганда иң түбән электр каршылыгына ия һәм меңләгән парлашу циклы вакытында тузуны киметә торган үз-үзен майлаучы өслек бирә.

Сыек суыту системалары

350А югарырак токларны эшкәртү өчен, сыек суыту мәҗбүри. Система гадәттә электр шкафы эчендәге ябык цикллы суыткыч җайланмасын куллана.

• Суыткыч төре:Агып чыгу очрагында кыска ялганышларны булдырмас өчен диэлектрик сыеклыклар өстенлекле, ләкин су-гликоль катнашмалары югары җылылык сыйдырышлыгы аркасында ешрак кулланыла.
• Шланг дизайны:DC+ һәм DC үткәргечләре буш яки суыткыч каналлары белән әйләндереп алынган. "Салкын пластина" контакт чикләреннән җылылыкны чыгару өчен турыдан-туры штифтлар артында урнашкан.

17 нче бүлек: Үзара эшләү очракларын өйрәнү: VW ID.4 һәм Electrify America Chargers арасындагы кул кысу проблемасын төзәтү

CCS1 белән үзара эшләү проблемаларының танылган мисалы - VW ID.4-нең АКШта башлангыч чыгарылышында булган. Күп кенә хуҗалар Electrify America (EA) станцияләрендә "Red Ring" хаталары (зарядка уңышсыз тәмамланган) турында хәбәр иттеләр.

Төп сәбәп: вакыт һәм XML

Берничә ай дәвамында мәгълүмат теркәгәннән соң, инженерлар ярыш шартларын ачыкладыларSessionSetupфаза. EA зарядка җайланмасы (өченче як тарафыннан җитештерелгән) үзенеңКолдау күрсәтелгәнAppProtocolResID.4'ның борт зарядка җайланмасы (OBC) программасы IPv6 стегын инициализацияли алганнан тизрәк. Машина хәбәргә ирешә алмас иде, вакыт бетәр иде һәм сессия тукталыр иде.

Төзәтү: Программа тәэминатын буферлау

Чишелеш машина өчен дә, зарядка җайланмасы өчен дә микропрограмманы яңартуны таләп итте. Зарядка җайланмасы беренче PLC хәбәрен җибәргәнче "ICMPv6 Neighbor Discovery" сигналын көтәргә үзгәртелде, һәм машинаның вакыты 2 секундтан 5 секундка кадәр озайтылды. Бу очракны өйрәнү "Тестлар"ның ни өчен кирәклеген, ләкин җитәрлек түгеллеген күрсәтә; реаль дөньядагы әйләнә-тирә мохит факторлары һәм челтәр тоткарлыгы лаборатория сынаулары тулысынча кабатлый алмаган катлаулылык катламнарын өсти.

18 нче бүлек: Глобаль тәэмин итү чылбырына йогынты: бакыр, көмеш белән каплау һәм HPGP чиплары җитмәү

CCS тоташтыргычлары җитештерү - Phoenix Contact, Huber+Suhner һәм TE Connectivity кебек берничә компания өстенлек иткән югары дәрәҗәдә махсуслашкан тармак.

Чималга бәйлелек

• Бакыр:350 кВт сыеклык белән суытыла торган бер кабель 15 кг нан артык югары сафлыклы бакырны үз эченә ала ала. Бакыр бәяләренең тотрыксызлыгы зарядка челтәрләренең капиталь чыгымнарына турыдан-туры тәэсир итә.
• Көмеш:CCS2 пиннары өчен каплау процессы 5-10 микронлы катламны тигезләү өчен төгәл электрокаплау ысулларын таләп итә. Теләсә нинди нечкәлек каршылыкның артуына һәм вакытыннан алда картаюга китерә.

HPGP чипсет монополиясе

HPGP (HomePlug Green PHY) модем чиплары һәр CCS автомобиленең һәм зарядка җайланмасының баш мие булып тора. Еллар дәвамында Qualcomm төп тәэмин итүче булды (QCA7000 сериясе). 2021-2022 еллардагы глобаль ярымүткәргечләр җитмәү вакытында бу чипларның булмавы меңләгән зарядка станцияләре җитештерүне туктатты. Бу Lumissil һәм Vertexcom кебек компанияләр базарга чыгу белән икенчел чыганакларга күчүгә китерде, ләкин автомобиль секторында яңа кремний өчен сертификацияләү процессы бик акрын бара.

19 нчы бүлек: Норматив чикләүләр: АКШта NEVI һәм Европа Берлегендә AFIR

Хөкүмәтләр стандарт кабул итүне базарга калдырмыйлар.

ЕС: AFIR (Альтернатив ягулык инфраструктурасын җайга салу)

Европа Берлегенең AFIR мандаты дөньядагы иң агрессив мандат. Ул түбәндәгеләрне таләп итә:

• Зур магистральләр буйлап һәр 60 км саен тиз зарядка җайланмалары.
• CCS2 мәҗбүри стандарт буларак.
• Ябык RFID экосистемаларыннан ераклашып, махсус түләүләрне (кредит картасы уку җайланмалары) интеграцияләү планлаштырыла.

АКШ: NEVI (Милли электр транспорт чаралары инфраструктурасы)

АКШның Ике партияле инфраструктура турындагы законы зарядка өчен 5 миллиард доллар бүлеп бирде. NEVI кагыйдәләре башта CCS1ны мәҗбүр итте. Ләкин, NACS нигезләмәсеннән соң, кагыйдәләргә NACS кабельләренә һәр участокта ким дигәндә бер CCS1 кабеле булган очракта рөхсәт итү өчен үзгәрешләр кертелде. Бу "Гибрид модель" АКШның тулы SAE J3400 киләчәгенә таба баруында вакытлыча күпер булып тора.

20 нче бүлек: SAE J3400 (NACS) стандартына якынлашу һәм аның CCS1 җитештерүенә йогынтысы

Төньяк Америкада NACS (SAE J3400) системасына күчү CCS1 өчен юл картасын төптән үзгәртте.

Җитештерү юнәлеше

Зур CCS1 тоткычлары өчен оптимальләштерелгән заводлар хәзер кечерәк NACS дизайны өчен яңадан җиһазландырыла. NACS-ның катлаулылыгы аның "Икеләтә куллану" контактларында ята, алар машина эчендәге югары тизлекле даими ток күчергеч контакторларын кулланып, AC зарядка җайланмасы һәм DC аккумулятор шиналары арасында күчә ала.

CCS1-нең исән калуы

CCS1, мөгаен, Көньяк Кореядә, ә АКШта киләсе дистә ел дәвамында элеккеге стандарт буларак сакланып калачак. Ләкин, тармак NACS һәм MCSка игътибар иткәнлектән, CCS1 өчен тикшеренүләр һәм эшләнмәләр бюджеты, гамәлдә, нульгә төште. Дөнья җитештерүчеләре өчен бу өч аерым продукт линиясен саклап калуны аңлата:

1. CCS2:Дөнья базары өчен.
2. NACS (J3400):Төньяк Америка өчен.
3. MCS:Дөньякүләм авыр йөк ташу секторы өчен.

21 нче бүлек: Йомгаклау: Бүленгән физик дөньяда бердәм протокол

Күргәнебезчә, "CCS1 һәм CCS2 арасындагы аерма" - бер цифрлы җанның ике физик күренеше турындагы хикәя. Транспорт чарасы түгәрәк CCS1 штепсельен яки яссы CCS2 штепсельен кулланса да, ISO 15118 стандартының төп логикасы, IMD мониторингының куркынычсызлыгы һәм PLC сигналының бөтенлеге проблемасы бер үк булып кала.

2020 еллардагы зарядка стандартлары сугышы безгә үзара эшләү сәләтенең штепсельдә генә түгел, ә программа тәэминаты, челтәр һәм кулланучы тәҗрибәсендә дә мөһим икәнен күрсәтте. Дөнья берничә өстенлекле стандартка якынлашканда, игътибар "Мин тоташтыра аламмы?" дигән сораудан "Зарядка ни дәрәҗәдә тиз һәм акыллы?" дигән сорауга күчәчәк. АКШта NACSка күчү һәм Европада CCS2-нең ныгытылуы электромобильләр революциясенең башлангычының ахырын билгели. Киләсе дистә ел V2G, мегаватт тизлеге һәм чыннан да өзлексез глобаль зарядка челтәре белән билгеләнәчәк.

22 нче бүлек: Якынлык пилотының (PP) һәм идарә итү пилотының (CP) схемаларының җентекле анализы

CCS артындагы инженерияне чынлап та бәяләү өчен, пилот линияләренең эквивалент схемасын тикшерергә кирәк. Бу линияләр зарядка системасының "нервлары" булып тора, алар ачык контактларда югары көчәнеш булмавын һәм тоташтырылган килеш машинаның китеп бара алмавын тәэмин итә.

Идарә итү пилот (CP) схемасы

CP схемасы - EVSE тарафыннан генерацияләнгән 1 кГц, $\pm 12V$ сигнал. Транспорт чарасы ягында схема диодтан һәм транспорт чарасы транзисторлар яки релелар ярдәмендә схемага күчә ала торган берничә резистордан ($R_1, R_2, R_3$) тора.

• Диодның максаты:Диод PWM сигналының уңай өлешенә генә машина резисторлары тәэсир итүен тәэмин итә. Бу, әгәр PWM сигналының тискәре өлешенә машина резистор челтәрендәге җитешсезлек көтелмәгәнчә тәэсир итсә, EVSEга "җиргә кыска тоташуны" ачыкларга мөмкинлек бирә - бу EVSEның зарарланган кабель яки тоташтыргычны энергия белән тәэмин итүен булдырмый торган мөһим куркынычсызлык тикшерүе.

Эш циклын уку

EVSE 1 кГц квадрат дулкынның PWM эш циклындагы булган токны кодлый, һәм төп контакторларны ябар алдыннан машина аны интерпретацияли:

• 5% эш циклы:EVSE әзер түгел — зарядка рөхсәт ителми (хәл сигналлары өчен кулланыла).
• 10% эш циклы:EVSE әзер, вентиляция кирәк түгел (заманча герметик даими ток системалары өчен стандарт халәт).
• 16-85% эш циклы:Кулланыла торган ток эш циклына пропорциональ - мәсәлән, 50% 50 А чиген күрсәтә, бу машинаның борт зарядка җайланмасына дөрес сузылу мөмкинлеген бирә.
• 90-97% эш циклы:Вентиляция таләп ителә торган (эски кургаш-кислота) яки махсус даими ток сигнализациясе кебек махсус халәтләр өчен сакланган.

CP системасының матурлыгы аның авариядән сакланган асимметриясендә: әгәр машина дөрес квадрат дулкын күрмәсә, ул иң начарын фаразлый һәм зарядка бирми; әгәр EVSE дөрес җавап күрмәсә, ул зарядка бирми. Ике якның да эшләмәүе зарядка сессиясенең куркыныч башлана алмавын аңлата.

Якынлык пилот (PP) схемасы

PP схемасы - тоташтыргычның механик вөҗданы. Ул кабельнең тулысынча кертелгәнме-юкмы икәнен ике якка да ачыклау һәм тоташтырылган кабель белән читкә китүдән саклану өчен штепсель эчендәге җиргә тоташтыру өчен гади резистор куллана.

• Резистор кыйммәтләре:150Ω резистор кабельнең машинага тоташтырылганын, ләкин бикләнмәгәнен күрсәтә; 680Ω резистор кабельнең тоташтырылганын һәм бикләнгәнен күрсәтә; ачык схема (резистор юк) тоташтыргычның өзелгәнен аңлата. EVSE һәм машина бу кыйммәтләрне өзлексез укыйлар.
• Машинада йөрүдән саклану:Әгәр машина системасы кул тормозы җибәрелгән вакытта 150Ω халәтен ачыкласа, ул тизлекнең тоташуына юл куймаячак. Әгәр кабель бикләнгән булса (680Ω), зарядлау тогы үткәндә машина тоташтыргычның чыгарылуына юл куймаячак, бу "эшләүче вилканы тартып алу" куркынычын бетерә.
• Кабельнең булуын ачыклау:DC системаларында, PP линиясе шулай ук ​​EVSE югары вольтлы контакторларны ябарга рөхсәт иткәнче, зарядка кабеленең ике очында да дөрес урнаштырылганлыгын раслый.

Ни өчен пилотлар чынбарлыкта мөһим?

CP һәм PP схемалары бергәләп, мең ампер агып торганда да зарядка сессиясенең куркынычсыз булуының сәбәбе булып тора. Шулай ук, инженерлар сессия башланмаганда беренче чиратта аларга игътибар итәләр: коррозияләнгән PP җирләү, ватык CP резисторы яки ватык пилот контакты "зарядка башланмый" дигән хезмәт чакыруларының гаҗәпләндергеч өлешен тәшкил итә. Бу схемаларны аңлау серле җитешсезлекне 10 минутлык диагнозга әйләндерә.

Төп фикерләр

• CP схемасы 1 кГц PWM сигналын йөртә, аның эш циклы булган токны кодлый; аның диод нигезендәге конструкциясе җиргә кыска тоташуны ачыклау мөмкинлеген бирә.
• PP схемасы кабельнең булуын һәм йозак торышын ачыклау өчен резистор челтәрен куллана, бу исә дисктан ераклашуны һәм тоташтыргыч-урындыкны раслауны тәэмин итә.
• Ике схема да эштән котылу өчен куркынычсыз: пилот сигналы югалган яки дөрес булмаганда, югары вольтлы контактор ябылмас борын, сессия туктатыла.
• Пилот линиясе җитешсезлекләре зарядка җайланмасын эшләтеп җибәрүдә иң еш очрый торган җитешсезлекләрнең берсе - мультиметр һәм бу схема турындагы мәгълүмат аларның күбесен берничә минут эчендә хәл итә.

MIDA Power инженерлары белән элемтәгә керегез, аларның CCS1/CCS2 зарядка җайланмалары кыр диагностикасы өчен төзелгән пилот схемасы белән җиһазландырылган: ачык билгеләнгән сынау нокталары, стандартлаштырылган җитешсезлек кодлары һәм техникларга CP/PP проблемаларын чишү юлларын күрсәтә торган хезмәт документлары. Техник документлар, укыту ярдәме һәм продукт спецификацияләре өчен безнең белән элемтәгә керегез.