Con la popularidad de los vehículos eléctricos, Conectores de carga para vehículos eléctricos La tecnología de carga se ha convertido en uno de los elementos clave para impulsar el desarrollo del transporte eléctrico. Entre ellos, el estándar de carga CCS, como estándar global, se utiliza ampliamente en el sistema de carga rápida de vehículos eléctricos en los mercados europeo y estadounidense. A medida que las empresas chinas se incorporan gradualmente a estos mercados, el estándar de carga CCS ha atraído la atención de más ingenieros.
Historial de desarrollo y diseño de interfaz del estándar de carga CCS:
La historia del estándar de carga CCS se remonta a 2011. En ese momento, aparecieron diferentes estándares de carga en los mercados de vehículos eléctricos en Europa, América del Norte y Asia, lo que trajo problemas de interoperabilidad y conveniencia de carga al desarrollo de vehículos eléctricos en todo el mundo.
Para solucionar este problema, la Asociación Europea de Fabricantes de Automóviles (ACEA) propuso un estándar de carga CCS, cuyo objetivo es integrar la carga de CA y CC en un sistema unificado. La interfaz física del conector está diseñada como una toma combinada con... Interfaces de CA y CCCompatible con tres modos de carga: carga CA monofásica, carga CA trifásica y carga CC. Ofrece opciones de carga más flexibles para vehículos eléctricos. El estándar CCS Combo 1.0 se lanzó oficialmente en 2012.
En 2014, se lanzó CCS Combo 2.0, una importante actualización de la versión anterior, que mejoró aún más la potencia de carga y permitió una carga de CC más rápida. Esta versión del estándar CCS también se adoptó ampliamente en los mercados europeo y norteamericano. Desde entonces, el estándar CCS se ha iterado dos veces en 2017 y 2020 (CCS Combo 2.0.1 y CCS Combo 2.0.2), mejorando aún más la potencia de carga y la seguridad.
Por razones históricas, CCS incluye dos diseños de conector físico. El lado izquierdo de la imagen superior muestra el conector CCS Tipo 2 (CCS2), utilizado principalmente en el mercado europeo. El lado derecho muestra el conector CCS Tipo 1 (CCS1), utilizado principalmente en el mercado norteamericano, incluyendo Estados Unidos y Canadá.
La primera letra C de CCS es la primera letra de "Combinado". Se denomina "combinado" porque el puerto de carga integra la parte de CA (superior) y la parte de CC (inferior). Solo la mitad superior de la interfaz se utiliza durante la carga de CA, mientras que la interfaz de CC inferior se utiliza para la transmisión de energía durante la carga de CC, y algunos pines del conector superior se utilizan para la comunicación.
Cabe mencionar que, a diferencia de la comunicación CAN utilizada en la carga de CC estándar nacional, la comunicación entre vehículos eléctricos (VE) y estaciones de carga (VESE) en la carga CCS de CA y CC se realiza a través de la interfaz de Control Pilot (CP). Los pines relacionados con el control de carga son:
CP - Piloto de control:
Transmite señales PWM para el control de carga de CA y señales moduladas basadas en comunicación de línea eléctrica (PLC) para establecer una comunicación de alto nivel en carga de CA o CC.
PP - Piloto de proximidad:
Hay una resistencia predeterminada entre este pin y PE, que permite que el EV reconozca que se ha conectado el cabezal de la pistola de carga y la capacidad máxima de transporte de corriente del cable.
PE - Tierra protectora:
Se utiliza para protección de puesta a tierra de EV, y también como tierra de referencia para CP y PP.
Normas internacionales implicadas en la captura y almacenamiento de carbono:
Las normas relacionadas con la carga son extensas y complejas. Por limitaciones de espacio, este artículo explicará brevemente varias normas estrechamente relacionadas con la carga CA y CC de CCS.
IEC 61851-1
La serie de normas IEC 61851 es la primera norma internacional sobre sistemas de carga desarrollada por la organización IEC y puede considerarse la piedra angular de las normas de carga. Tiene una gran importancia como referencia para el desarrollo de normas sobre sistemas de carga en otros países o para el desarrollo de normas de carga posteriores, como DIN70121 o ISO15118.
Entre ellas, la norma IEC61851-1 estipula los requisitos generales del sistema de carga, en particular las especificaciones de carga de CA. Al igual que la norma de carga de CA GB/T18487.1-2015 de mi país, también se basa en el mismo método de control.
En resumen, el control de carga de CA consiste en modificar la tensión del punto de detección en la línea CP conectando el cabezal de la pistola de carga y controlando la apertura y el cierre del interruptor S2 en el extremo del vehículo. Esto permite identificar y conmutar el estado de carga entre el vehículo y la pila. Además, la pila de carga informa al vehículo de la corriente máxima que puede suministrar mediante la generación de señales PWM con diferentes ciclos de trabajo.
Dado que la estrategia de carga durante la carga de CA la implementa el cargador a bordo OBC, la interacción de información entre el vehículo y la pila solo se puede satisfacer modificando la tensión del punto de detección y el ciclo de trabajo.
En lo que respecta a la carga de CC, la demanda de interacción de información entre el vehículo y la estación de carga ha aumentado significativamente, y las señales analógicas simples ya no pueden satisfacerla. Por lo tanto, la norma IEC 61851-1 define en el modo 4 que la comunicación de alto nivel (HLC) se logra a través de la línea CP para transmitir el protocolo de carga de CC definido en IEC 61851-23.
La comunicación digital de alto nivel del CCS adopta la Comunicación por Línea Eléctrica (PLC) basada en HomePlug GreenPHY como protocolo de capa de enlace de datos. En resumen, la señal de alta frecuencia modulada OFDM se acopla a la línea de señal CP mediante un módem instalado en la pila de carga o en el circuito de señal CP del vehículo, y es demodulada por el módem en el otro extremo.
De esta manera, se puede lograr una velocidad de comunicación de hasta 10 Mbit/s sin agregar pines de comunicación adicionales, lo que proporciona un canal de interacción de información de gran ancho de banda para la interacción de información de carga de CC y funciones avanzadas como carga plug-and-play e incluso interacción vehículo-red.
Como se mencionó anteriormente, la introducción de la comunicación PLC puede lograr una comunicación de alto nivel mientras mantiene sin cambios la interfaz física de la parte de CA del CCS, y puede integrar en gran medida las interfaces eléctricas de CA y CC mientras mantiene la compatibilidad.
Sin embargo, las desventajas también son obvias: en primer lugar, se debe agregar el circuito de modulación y demodulación al circuito piloto CP, y el chip HomePlug GreenPHY es costoso, lo que indirectamente aumenta el costo de aplicación del CCS;
Además, dado que la comunicación PLC se basa en señales de alta frecuencia, exige una alta calidad del medio de transmisión, es decir, el cable de carga. En nuestra asistencia diaria a clientes durante las pruebas, ocasionalmente nos encontramos con situaciones en las que la atenuación de la señal es excesiva debido a problemas en el cable o en los terminales, lo que impide establecer un protocolo de carga.
ESPECIFICACIÓN DIN 70121
La norma DIN 70121 es un estándar normativo para la comunicación digital entre vehículos eléctricos y estaciones de carga de CC, emitido por el Instituto Alemán de Normalización en 2012. Ya en 2011, el Grupo BMW presentó los prototipos de vehículos eléctricos i3 e i8 y anunció su inclusión en el catálogo de vehículos en 2013.
Sin embargo, en ese momento, la norma ISO/IEC 15118 aún se encontraba en proceso de elaboración y formulación, y la industria automotriz alemana necesitaba urgentemente una norma que regulara el mercado y el lanzamiento de productos. Por lo tanto, nació la norma DIN 70121 con la misión de revitalizar la transformación de la electrificación de los automóviles alemanes.
Se basa en las versiones preliminares inéditas de IEC 61851-23 e ISO 15118 y define las especificaciones de comunicación digital en el proceso de carga de CC. En términos sencillos, la norma DIN 70121 estipula el uso de líneas de señal CP como medios de transmisión, PLC como enlaces de datos, MAC y TCP/IP como modos de comunicación para la capa de transmisión de red, y estandariza el protocolo de enlace, el proceso de interacción y el contenido de los mensajes de las comunicaciones de alto nivel, solucionando así el problema urgente de la falta de estándares en la industria de la carga de CC en aquel momento.
En 2014, el Instituto Alemán de Normalización publicó la norma DIN 70121:2014 Ed.2, que corrigió algunos problemas. En 2018, se publicó oficialmente la especificación de pruebas de consistencia DIN 70122:2018 para la norma DIN 70121. Hasta la fecha, la carga CCS cuenta con un conjunto relativamente completo de normas y sistemas de pruebas de consistencia.
Debido al corto plazo de publicación, la norma DIN 70121 ha detectado numerosos defectos o problemas que no se pueden implementar en la práctica. Cabe mencionar a una organización muy activa en la industria europea de la carga: la Iniciativa de Interfaz de Carga de Vehículos Eléctricos (CharIN eV).
Esta organización fue fundada por varias empresas automotrices europeas líderes en 2015 y actualmente cuenta con 164 miembros principales y 139 socios. CharIN busca unir a la industria para mejorar el estándar de carga de la CCS.
La más representativa de ellas es la reunión anual de pruebas (CharIN Testival): a través de la reunión de pruebas, organizan compañías automotrices y compañías de carga de la industria para realizar pruebas de interoperabilidad y recopilar los problemas encontrados en la prueba, para luego publicar la guía de aplicación (CharIN Implementation Guide for DIN 70121:2014) y casos de prueba de consistencia (CharIN Test Cases for DIN 70121:2014 Implementation Guide) para los problemas en DIN 70121 y DIN 70122.
Estos dos documentos de orientación, que complementan y modifican la norma DIN, también se adoptarán en futuras versiones de la norma. Actualmente, gracias al continuo crecimiento de CharIN, ya no se limitan a la norma CCS y están considerando estándares globales de tarificación.
La organización CharIN también define tres etapas de estándares de carga CCS, y DIN 70121 pertenece a la etapa básica.
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