SAE J1772 Standard (TYP 1 EV Ladestecker)
- Apr 16, 2017 -

SAE J1772 ( IEC Typ 1) ist ein nordamerikanischer Standard für elektrische Steckverbinder für Elektrofahrzeuge , der von der SAE International unterhalten wird und den formellen Titel "SAE Surface Vehicle Recommended Practice J1772, SAE Elektrofahrzeug-Leitladekoppler" trägt. [1] Sie deckt die allgemeinen physikalischen, elektrischen, Kommunikationsprotokoll- und Leistungsanforderungen für das elektrische Ladesystem und den Koppler des elektrischen Fahrzeugs ab. Die Absicht besteht darin, eine gemeinsame elektrische Ladesystemarchitektur für ein elektrisches Fahrzeug zu definieren, die betriebliche Anforderungen und die funktionellen und dimensionalen Anforderungen für den Fahrzeugeinlass und den passenden Verbinder umfasst.


Geschichte

Der ältere Avcon Connector, hier auf einem Ford Ranger EV

Der wichtigste Anreiz für die Entwicklung von SAE J1772 kam vom California Air Resources Board. Früher hatten Elektrofahrzeuge wie der General Motors EV1 induktive Ladekoppler. Diese wurden zugunsten der leitfähigen Kopplung ausgeschlossen, um Strom für die Wiederaufladung mit dem California Air Resources Board zu liefern, das sich auf den Standard SAE J1772-2001 [2] als Ladeschnittstelle für Elektrofahrzeuge in Kalifornien im Juni 2001 einigte. [3] Avcon fertigte a rechteckiger Steckverbinder gemäß der Spezifikation SAE J1772 REV NOV 2001 , der eine elektrische Leistung von bis zu 6,6 kW liefern konnte. [4] (Fotos und Beschreibung dieses alten Revisionsrechteckes "AVCon Anschluss" und "AVCon Eingang" sind bei [5] )

Die CARB-Verordnung von 2001 sah die Verwendung von SAE J1772-2001 ab dem Modelljahr 2006 vor. Spätere Anforderungen verlangten nach höheren zu verwendenden Strömen, als der Avcon-Verbinder bereitstellen könnte. Dieser Prozess führte zu dem Vorschlag eines neuen runden Steckverbinderdesigns von Yazaki, das eine erhöhte Leistungsabgabe von bis zu 19,2 kW ermöglicht, die über einphasige 120-240 V AC mit bis zu 80 Ampere geliefert wird. Im Jahr 2008 veröffentlichte die CARB einen Änderungsentwurf zu Abschnitt 1962.2, Titel 13, der die Verwendung des kommenden Standards SAE J1772 ab dem Modelljahr 2010 vorsah. [6]

Typ 1 "J1772" (Japan / US) langsamer AC-Anschluss

Der Yazaki-Stecker, der nach dem neuen SAE J1772-Stecker-Standard gebaut wurde, hat die Zertifizierung bei UL erfolgreich abgeschlossen. Die Standardspezifikation wurde anschließend vom SAE-Komitee im Juli 2009 beschlossen. [7] Am 14. Januar 2010 wurde die SAE J1772 REV 2009 vom SAE Motor Vehicle Council verabschiedet. [8] Zu den Unternehmen, die an der überarbeiteten Fassung von 2009 teilnehmen oder diese unterstützen, gehören Smart, Chrysler, GM, Ford, Toyota, Honda, Nissan und Tesla.

Die SAE J1772-2009 Steckverbinderspezifikation wurde der internationalen Norm IEC 62196-2 ("Teil 2: Maßhaltigkeit und Austauschbarkeitsanforderungen für AC-Stift- und Kontaktrohrzubehör") hinzugefügt, wobei die endgültige Spezifikation bis Mai 2011 abgeschlossen sein wird. [9] Der SAE J1772-Steckverbinder wird als eine "Typ 1" -Implementierung angesehen, die einen einphasigen Koppler bereitstellt. [10]

Fahrzeugausrüstung

Die SAE J1772-2009 wurde von den Automobilherstellern von Post-2000-Elektrofahrzeugen wie der dritten Generation des Chevrolet Volt und Nissan Leaf als die frühen Modelle übernommen. Aufgrund der Verfügbarkeit von Ladestationen mit diesem Steckertyp im Elektrofahrzeugnetz des Landes wurde der Steckverbinder zur Standardausrüstung auf dem US-Markt (mit Hilfe von Fördermitteln wie ChargePoint America-Programmzeichnungsbeihilfen aus den Bestimmungen des American Recovery and Reinvestment Act). .

Die europäischen Versionen wurden auch mit einem Einlass SAE J1772-2009 ausgestattet, bis sich die Automobilindustrie auf den IEC Typ 2 "Mennekes" Stecker als Standardeinlass festgelegt hat - da alle IEC Stecker das gleiche SAE J1772 Signalprotokoll verwenden, verkaufen die Autohersteller Autos entweder mit einem Einlass SAE J1772-2009 oder einem Einlass Typ IEC 2 je nach Markt. Es gibt auch (passive) Adapter, die J1772-2009 in IEC Typ 2 und umgekehrt umwandeln können. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die meisten europäischen Versionen über ein eingebautes Ladegerät verfügen, das die Vorteile von dreiphasiger elektrischer Energie mit höheren Spannungs- und Strombegrenzungen auch für das gleiche elektrische Basisfahrzeugmodell (wie Chevrolet Volt / Opel Ampera) nutzen kann.

Kombiniertes Ladesystem (CCS)

Hauptartikel: Kombiniertes Ladesystem Typ 1 CCS langsamer AC- und schneller DC-Anschluss

SAE entwickelt eine Combo-Koppler-Variante des J1772-2009-Steckverbinders mit zusätzlichen Pins für schnelles DC-Laden bei 200-450 Volt DC und bis zu 90 kW. Dabei wird auch die Power Line Carrier-Technologie zur Kommunikation zwischen Fahrzeug, externem Ladegerät und Smart Grid verwendet. [11] Sieben Autohersteller (Audi, BMW, Daimler, Ford, General Motors, Porsche, Volvo und Volkswagen) hatten sich Mitte 2012 bereit erklärt, das "Combined Charging System" einzuführen. [12] Die ersten Fahrzeuge, die den SAE Combo-Stecker verwendeten, waren der Ende 2013 freigegebene BMW i3 und der 2014 freigegebene Chevrolet Spark EV. [13] In Europa basiert der Kombikoppler auf dem VDE-AC-Ladestecker Typ 2 Aufrechterhaltung der vollen Kompatibilität mit der SAE-Spezifikation für DC-Laden und dem GreenPHY-PLC-Protokoll. [14]

Eigenschaften

Verbinder

Der Steckverbinder J1772-2009 ist für einphasige elektrische Systeme mit 120 V oder 240 V ausgelegt, wie sie in Nordamerika und Japan verwendet werden. Der runde Steckverbinder mit 43 Millimetern (1,7 Zoll) Durchmesser hat fünf Stifte mit drei verschiedenen Stiftgrößen (beginnend mit dem größten) für jedes der folgenden Elemente:

  • AC-Leitung 1 und Leitung 2

  • Erdungsstift

  • Proximity-Erkennung und Kontrollpilot

Näherungsdetektion
Verhindert die Bewegung des Fahrzeugs, während es an das Ladegerät angeschlossen ist.
Kontrollpilot
Kommunikationsleitung zur Koordinierung des Ladezustands zwischen Fahrzeug und Ladegerät sowie weiterer Informationen.

Eine 1 kHz-Rechteckwelle bei ± 12 Volt, die von der Elektrofahrzeug-Versorgungseinrichtung (EVSE; dh der Ladestation) an dem Steuerpiloten erzeugt wird, um die Anwesenheit des Fahrzeugs zu detektieren, den maximal zulässigen Ladestrom zu kommunizieren und das Laden zu steuern. [15]

Der Steckverbinder ist so ausgelegt, dass er 10.000 Steckzyklen (Verbindung und Trennung) und Witterungseinflüssen standhält. Bei 1 Steckzyklus pro Tag sollte die Lebensdauer des Steckers 27 Jahre überschreiten.

Aufladen

Der J1772-Standard definiert zwei Ladestufen: [8]


Stromspannung Phase Spitzenstrom Leistung
Wechselstromstufe 1 120 V Einzelphase 16 A 1,92 kW
AC Level 2 240 V Splitphase 32 A (2001)
80 A (2009)
7,68 kW
19,20 kW

Das SAE J1772-Komitee hat auch einen DC-Steckverbinder basierend auf der SAE J1772-2009 AC-Steckverbinderform mit zusätzlichen DC- und Erdungsstiften zur Unterstützung des Ladens bei 200-450 V DC und 80 A (36 kW) für DC Level 1 und bis zu 200 vorgeschlagen A (90 kW) für DC Level 2 [16] nach Bewertung des J1772-2009-Steckverbinders mit anderen Designs, einschließlich des JARI / TEPCO-Steckverbinders, der vom CHAdeMO DC-Schnellladungsprotokoll verwendet wird. [17] Die SAE- DC-Level-3- Ladepegel wurden nicht bestimmt, aber der Standard, wie er seit 2009 existiert, kann bei 200-600 V DC bei maximal 400 A (240 kW) laden.

Beispielsweise würde ein 240 kW-Ladegerät, das ein Plug-in-Fahrzeug wie den BMW i3 mit Reichweitenverlängerer lädt, der 100 Meilen pro 21,7 kWh (155 MPGe, 217 Wh pro Meile) erhält, ungefähr 18 Meilen Reichweite pro Minute erhalten Ein Fahrer verbringt die Ladung während der gesamten Lebensdauer des Autos. Um dies zu relativieren, bekommt der Ford Taurus FWD 3.5L, der die EPA als ein durchschnittliches neues Auto nur Benzin vergleicht, 23 MPG, was bedeutet, dass eine Benzinpumpe, die mit 7 Gallonen pro Minute pumpt, 161 Meilen Reichweite pro Minute gibt Ein Fahrer gibt während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs Gas aus. [18]

Sicherheit

Der J1772-Standard umfasst mehrere Schutzstufen, die die Sicherheit des Ladevorgangs auch unter nassen Bedingungen gewährleisten. Physikalisch sind die Anschlussstifte an der Innenseite des Verbinders im gesteckten Zustand isoliert, so dass kein physikalischer Zugang zu diesen Anschlussstiften gewährleistet ist. Wenn sie nicht verbunden sind, haben die J1772-Steckverbinder keine Spannungsversorgungen an den Pins, [19] und die Ladeleistung fließt nicht, bis sie vom Fahrzeug befohlen wird. [17]

Die Power Pins sind von der First-Make, Last-Break-Variante. Wenn sich der Stecker im Ladeanschluss des Fahrzeugs befindet und aufgeladen wird und entfernt wird, brechen zuerst der Steuerpilot und der Näherungsdetektionspin, wodurch das Leistungsrelais in der Ladestation geöffnet wird und der gesamte Stromfluss zum J1772-Stecker unterbrochen wird. Dies verhindert jegliche Lichtbogenbildung auf den Stromversorgungsstiften und verlängert deren Lebensdauer. Der Annäherungsdetektionsstift ist auch mit einem Schalter verbunden, der beim Drücken des physikalischen Trennknopfes ausgelöst wird, wenn der Verbinder vom Fahrzeug entfernt wird. Dies bewirkt, dass sich der Widerstand an dem Annäherungsstift ändert, der befiehlt, dass das Bordladegerät des Fahrzeugs aufhört, Strom zu ziehen, unmittelbar bevor der Verbinder herausgezogen wird.

Signalisierung

Das Signalisierungsprotokoll wurde so konzipiert, dass [17]

J1772 Signalisierungsschaltung

  • Versorgungsgeräte signalisieren Vorhandensein von AC-Eingangsleistung

  • Fahrzeug erkennt Stecker über Proximity-Schaltung (dadurch kann das Fahrzeug bei angeschlossenem Fahrzeug das Wegfahren verhindern)

  • Steuerpilotfunktionen beginnen

    • Versorgungsgerät erkennt Plug-in-Elektrofahrzeug

    • Versorgungseinrichtungen zeigen die Bereitschaft des Plug-in-Elektrofahrzeugs (PEV) an, Energie zu liefern

    • PEV-Lüftungsbedarf wird ermittelt

    • Stromversorgungskapazität der Lieferausrüstung für PEV

  • PEV befiehlt Energiefluss

  • PEV und Versorgungseinrichtungen überwachen kontinuierlich die Kontinuität des Sicherheitsbodens

  • Ladung wird fortgesetzt, wie von PEV bestimmt

  • Die Ladung kann unterbrochen werden, indem der Stecker vom Fahrzeug getrennt wird

Die technische Spezifikation wurde zuerst in der Version von SAE J1772 von 2001 und anschließend von IEC 61851-1 und IEC TS 62763: 2013 beschrieben. Die Ladestation legt am Kontaktpilot (CP) 12 V und am Näherungsschalter (auch Stecker vorhanden; PP) die Spannungsdifferenzen an. Dieses Protokoll erfordert keine integrierten Schaltkreise, die für andere Ladeprotokolle erforderlich wären, wodurch der SAE J1772 in einem Temperaturbereich von -40 ° C bis +85 ° C robust und betriebsbereit ist.

Die Ladestation sendet am Kontaktpilot eine 1 kHz Rechteckwelle, die über einen Widerstand und eine Diode (Spannungsbereich ± 12,0 ± 0,4 V) an die fahrzeugseitige geschützte Masse zurückgeschleift ist. Die stromführenden Leitungen öffentlicher Ladestationen sind immer leer, wenn der Stromkreis CP-PE (Schutzerde) offen ist, obwohl der Standard einen Ladestrom wie in Modus 1 (maximal 16 A) erlaubt. Wenn der Stromkreis geschlossen ist, kann die Ladestation auch prüfen, ob der Schutzleiter funktioniert. Das Fahrzeug kann einen Ladezustand anfordern, indem es einen Widerstand einstellt; Mit 2,7 kΩ wird ein mit Mode 3 kompatibles Fahrzeug angekündigt ( Fahrzeug erkannt ), das nicht aufgeladen werden muss. Nach dem Umschalten auf 880 Ω ist das Fahrzeug bereit zum Laden und Umschalten auf 240 Ω, das Fahrzeug fordert mit Belüftungsladung , in diesem Fall wird die Ladeleistung nur dann geliefert, wenn der Bereich belüftet ist (dh im Freien). Die Ladestation kann das Wellensignal verwenden, um den maximalen Strom zu beschreiben, der von der Ladestation mit Hilfe der Pulsweitenmodulation verfügbar ist: eine 16% PWM ist ein Maximum von 10 A, eine 25% PWM ist ein Maximum von 16 A, eine 50 % PWM ist ein Maximum von 32 A und eine 90% PWM kennzeichnet eine Schnellladeoption. [20]

Die Beispiele der Pilotleitungsschaltung in SAE J1772: 2001 zeigen, dass die Stromschleife CP-PE über einen Widerstand von 2,74 kΩ permanent verbunden ist, wodurch ein Spannungsabfall von +12 V auf +9 V entsteht, wenn ein Kabel an die Ladestation angeschlossen wird welches den Wellengenerator aktiviert. Die Ladung wird vom Fahrzeug aktiviert, indem ein paralleler Widerstand von 1,3 kΩ hinzugefügt wird, was zu einem Spannungsabfall auf +6 V führt, oder durch Hinzufügen eines parallelen 270-Ω-Widerstands für eine erforderliche Belüftung, was zu einem Spannungsabfall auf +3 V führt indem nur der Spannungsbereich auf der CP-PE-Schleife überprüft wird. [21] Beachten Sie, dass die Diode nur einen Spannungsabfall im positiven Bereich bewirkt; Jede negative Spannung an der CP-PE-Schleife schaltet den Strom ab und wird als schwerwiegender Fehler betrachtet (wie das Berühren der Pins).

Basisstatus Ladestatus Widerstand, CP-PE Widerstand, R2 Spannung, CP-PE
Status A Bereithalten Offen oder ∞ Ω
+12 V
Status B Fahrzeug erkannt 2740 Ω
+ 9 ± 1 V
Status C Bereit (Laden) 882 Ω 1300 Ω + 6 ± 1 V
Status D Mit Belüftung 246 Ω 270 Ω + 3 ± 1 V
Status E Keine Stromversorgung (ausgeschaltet)

0 V
Status F Error

-12 V

Das PWM-Tastverhältnis des 1-kHz-CP-Signals zeigt den maximal zulässigen Netzstrom an. Laut SAE umfasst es Steckdose, Kabel und Fahrzeugeinlass. In den USA ist die Definition der Strombelastbarkeit ( Amperekapazität oder aktuelle Kapazität) für den Dauerbetrieb und den Kurzzeitbetrieb aufgeteilt. [20] Die SAE definiert den Strombelastbarkeitswert, der durch eine Formel basierend auf dem vollen Zyklus von 1 ms (des 1-kHz-Signals) abgeleitet wird, wobei die maximale kontinuierliche Amperezahl 0,6 A pro 10 μs beträgt (wobei die niedrigsten 100 μs 6 A ergeben) und die höchsten 800 μs ergeben 48 A). [21]

PWM-Arbeitszyklus, der Amperekapazität anzeigt [20]
PWM SAE kontinuierlich SAE kurzfristig
50% 30 A 36 Ein Gipfel
40% 24 A 30 A Spitze
30% 18 A 22 Ein Gipfel
25% 15 A 20 A Spitze
16% 9.6 A
10% 6 A

Der Stift, PP, wird auch als Stecker bezeichnet, da die SAE J1772-Beispielbelegung den Schalter S3 beschreibt, der mechanisch mit dem Steckerverriegelungslöseaktuator verbunden ist. Während des Ladevorgangs verbindet die EVSE-Seite die PP-PE-Schleife über S3 und einen 150 Ω R6; Beim Öffnen des Löseaktuators wird ein 330 Ω R7 in die PP-PE-Schleife auf der EVSE-Seite eingefügt, die eine Spannungsverschiebung auf der Leitung bewirkt, damit das Elektrofahrzeug vor dem tatsächlichen Trennen der Ladestromstifte eine gesteuerte Abschaltung auslösen kann. Viele Adapterkabel mit geringem Stromverbrauch bieten jedoch keine Verriegelung des Stellgliedzustands am PP-Stift.

P1901 Powerline-Kommunikation

In einem aktualisierten Standard, der 2012 fällig wird, schlägt SAE vor, eine Stromleitungskommunikation, insbesondere IEEE 1901, zwischen dem Fahrzeug, der externen Ladestation und dem intelligenten Stromnetz zu verwenden, ohne einen zusätzlichen Anschluss zu benötigen; SAE und die IEEE Standards Association teilen ihre Entwurfsstandards in Bezug auf die Smart-Grid- und Fahrzeug-Elektrifizierung. [22]

Die P1901-Kommunikation ist mit anderen 802.x-Standards über den IEEE-1905-Standard kompatibel und ermöglicht beliebige IP-basierte Kommunikation mit dem Fahrzeug, Messgerät oder Verteiler und dem Gebäude, in dem sich die Ladegeräte befinden. P1905 umfasst drahtlose Kommunikation. In mindestens einer Implementierung erfolgt die Kommunikation zwischen dem externen DC EVSE und dem PEV auf der Pilotleitung des SAE J1772-Steckverbinders über die HomePlug Green PHY-Stromleitungskommunikation (PLC). [23] [24] [25]

Kompatible Ladestationen

In Nordamerika und Japan kommen der Chevrolet Volt, der Nissan Leaf, der Mitsubishi i-MiEV, der Toyota Prius Plug-in-Hybrid, der Smart electric drive und der Kia Soul EV alle mit 120-V-Ladekabeln zum Einsatz, die ein Paar von 120 koppeln V Netzstecker an die J1772-Buchse des Autos; In den Ländern, in denen 220-230 V häuslicher Netzstrom üblich ist, können die tragbaren EVSE-Leitungen, die üblicherweise mit dem Fahrzeug geliefert werden, eine Ladung aus einem Haushaltsnetzstecker durchführen, allerdings mit einer niedrigeren Stromstärke als eine spezielle Hochstrom-Ladestation.

Zu den Produkten, die mit SAE J1772-2009 kompatibel sind, gehören:

  • AeroVironment Startseite Ladestation für den Nissan Leaf [28]

  • BTCPower (Broadband TelCom Power, Inc.), der erste kommerziell erhältliche SAE DC Fast Charger in den Vereinigten Staaten [29] [30]

  • Bosch Power Max-Ladestationen

  • ClipperCreek-Produkte umfassen CS-40, [31] LCS-25 [32] und LCS-25p, [33] HCS-40. [34] Das Produkt mit der höchsten Ladestromstärke ist CS-100. [35]

  • ChargePoint CT4000 neueste intelligente Charger, Kabelmanagement-, Treiberdienste CT500-, CT2000-, CT2100- und CT2020-Familien von ChargePoint-vernetzten Ladestationen [36]

  • EATON [2] Pow-R-Station Familie von Elektrofahrzeug-Ladestationen [37]

  • ECOtality Blink Home-Wandhalterung und kommerzielle Stand-Alone-Ladestationen [38] [39]

  • Elektromotorwerke JuiceBox Open Source 18 kW 75 A EVSE

  • EVSEadapters EVSE240V16A 240V 16A Tragbare Stufe 2 EVSE

  • EVoCharge - Retractable Reel EVSEs wurden für die Unterstützung von Wohn-, Gewerbe- und Industriemärkten entwickelt.

  • GE Wattstation verfügbar im Jahr 2011 [40]

  • GoSmart Technologies ChargeSPOT Linie von Ladestationen

  • GRIDbot's "UP" Familie von Ladestationen

  • Hubbell PEP Stationen - http://www.hubbell-wiring.com/press/pdfs/WLDEE001.pdf

  • Leviton evr-green [sic] Home-Ladestationen in verschiedenen Leistungsstufen, mit separatem Bausatz, der den Anschluss an eine NEMA 6 240 V-Buchse ermöglicht [41]

  • Schneider Electric / Square D EVLink-Ladelösungen für Ladelösungen für Privathaushalte, Unternehmen und Flotten.

  • Siemens VersiCharge für kosteneffektives Laden von Wohngebäuden, halböffentlichen und Flottenleveln.

  • SemaConnect ChargePro Ladestationen

  • Shorepower Technologies ePump Linie von voll anpassbaren EVSE; Innen- und Außenlösungen für PKW und LKW.

  • TucsonEV - J1772 Adapterboxen, J1772 Verlängerungskabel, Einlässe und Stecker mit und ohne Kabel, J1772 Kompatible EVSE für 240 V / 30 A, Zero Motorcycle to J1772 Adapter, Tesla UMC zu J1772 Umrüstung, 30A und 40A EV UL gelistetes Kabel.

  • Die Produktpalette von CIRCONTROL CIRCARLIFE umfasst eine EV-Ladeinfrastruktur mit Pfosten- und Wandmontageeinheiten mit J1772-Standard

  • OpenEVSE-Projekt - Open-Source-Design für EVSE.

  • eStation Level-2 Ladegerät von Vega. Teil des ChargeNET-Netzwerks in Sri Lanka



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