Um artigo para ajudar você a entender o Sistema de Carregamento Combinado (CCS)

Com a popularidade dos veículos elétricos, Conectores de carregamento de VE e a tecnologia de carregamento se tornou um dos elementos principais para promover o desenvolvimento do transporte elétrico. Entre eles, o padrão de carregamento CCS, como um padrão de carregamento global, é amplamente utilizado no sistema de carregamento rápido de veículos elétricos nos mercados europeu e americano. À medida que as empresas chinesas entram gradualmente nos mercados europeu e americano, o padrão de carregamento CCS atrai gradualmente a atenção de mais engenheiros.

Histórico de desenvolvimento e design de interface do padrão de cobrança CCS:

A história do padrão de carregamento CCS pode ser rastreada até 2011. Naquela época, diferentes padrões de carregamento surgiram nos mercados de veículos elétricos na Europa, América do Norte e Ásia, o que trouxe problemas de interoperabilidade e conveniência de carregamento para o desenvolvimento de veículos elétricos em todo o mundo.

Para resolver esse problema, a Associação Europeia de Fabricantes de Automóveis (ACEA) propôs uma proposta de padrão de carregamento CCS, que visa integrar o carregamento CA e CC em um sistema unificado. A interface física do conector é projetada como um soquete combinado com Interfaces CA e CC, que é compatível com 3 modos de carregamento: carregamento CA monofásico, carregamento CA trifásico e carregamento CC. Ele pode fornecer opções de carregamento mais flexíveis para veículos elétricos. O padrão CCS Combo 1.0 foi lançado oficialmente em 2012.

Em 2014, o CCS Combo 2.0 foi lançado, o que é uma atualização importante para a versão anterior, melhorando ainda mais a potência de carregamento e suportando carregamento DC mais rápido. Esta versão do padrão CCS também foi amplamente adotada nos mercados europeu e norte-americano. Desde então, o padrão CCS foi iterado duas vezes em 2017 e 2020 (CCS Combo 2.0.1 e CCS Combo 2.0.2), melhorando ainda mais a potência de carregamento e melhorando a segurança.

Por razões históricas, o CCS inclui dois designs de plugues físicos. O lado esquerdo da imagem acima é o plugue CCS Tipo 2 (CCS2 para abreviar), que é usado principalmente no mercado europeu. O lado direito é o CCS Tipo 1 (CCS1 para abreviar), que é usado principalmente no mercado norte-americano, incluindo os Estados Unidos e o Canadá.

A primeira letra C em CCS é a primeira letra de Combined. É chamada de "combined" porque a porta de carregamento integra a parte AC (parte superior) e a parte DC (parte inferior). Apenas a metade superior da interface é usada durante o carregamento AC, e a interface DC inferior é usada para transmissão de energia durante o carregamento DC, e alguns pinos do plugue superior são usados para comunicação.

Vale mencionar que, diferentemente da comunicação CAN usada no carregamento DC padrão nacional, a comunicação entre veículos elétricos (EVs) e pilhas de carregamento (EVSE) no carregamento CCS AC e DC é obtida por meio da interface Control Pilot (CP). Os pinos relacionados ao controle de carregamento são:

CP - Piloto de Controle:

Transmite sinais PWM para controle de carregamento CA e sinais modulados com base em comunicação por linha de energia (PLC) para estabelecer comunicação de alto nível em carregamento CA ou CC.

PP - Piloto de Proximidade:

Há um resistor predefinido entre este pino e o PE, que permite que o EV reconheça que o cabeçote da pistola de carregamento foi conectado e a capacidade máxima de condução de corrente do cabo.

PE - Terra Protetora:

Usado para proteção de aterramento de EV e também como aterramento de referência para CP e PP.

Normas internacionais envolvidas na CCS:

Os padrões relacionados ao carregamento são grandes e complexos. Devido a limitações de espaço, este artigo explicará brevemente vários padrões intimamente relacionados ao carregamento CCS AC e DC.

IEC 61851-1

A série de normas IEC 61851 é a primeira norma internacional de sistema de carregamento desenvolvida pela organização IEC e pode ser chamada de pedra angular dos padrões de carregamento. Ela tem importante significado de referência para o desenvolvimento de normas de sistema de carregamento em outros países ou o desenvolvimento de normas de carregamento subsequentes, como DIN70121 ou ISO15118.

Entre eles, o IEC61851-1 estipula os requisitos gerais do sistema de carregamento, especialmente as especificações de carregamento CA. Incluindo o padrão de carregamento CA do meu país GB/T18487.1-2015, ele também se baseia no mesmo método de orientação de controle.

Em termos simples, a orientação de controle de carga CA é atingir a mudança da tensão do ponto de detecção na linha CP conectando a cabeça da pistola de carga e controlando a abertura e o fechamento do interruptor S2 na extremidade do veículo, de modo a realizar a identificação e a troca do estado de carga entre o veículo e a pilha. Além disso, a pilha de carga informa o veículo sobre a corrente máxima que pode ser fornecida gerando sinais PWM com diferentes ciclos de trabalho.

Como a estratégia de carregamento real durante o carregamento CA é implementada pelo carregador de bordo OBC, os requisitos para interação de informações entre o veículo e a pilha podem ser atendidos apenas pela mudança da tensão do ponto de detecção e do ciclo de trabalho.

Quando se trata de carregamento DC, a demanda por interação de informações entre o carro e a pilha de carregamento aumentou significativamente, e sinais analógicos simples não podem mais atender à demanda. Portanto, a IEC 61851-1 define no modo 4 que a comunicação de alto nível (HLC) é obtida por meio da linha CP para transmitir o protocolo de carregamento DC definido na IEC 61851-23.

A comunicação digital de alto nível do CCS adota Power Line Communication (PLC) com base no HomePlug GreenPHY como o protocolo da camada de link de dados. Em termos simples, o sinal de alta frequência modulado OFDM é acoplado à linha de sinal CP por meio de um modem instalado na pilha de carga ou no circuito de sinal CP do veículo e demodulado pelo modem na outra extremidade.

Dessa forma, uma taxa de comunicação de até 10 Mbit/s pode ser alcançada sem adicionar pinos de comunicação adicionais, fornecendo um canal de interação de informações de alta largura de banda para interação de informações de carregamento CC e funções avançadas, como carregamento plug-and-play e até mesmo interação veículo-rede.

Conforme mencionado acima, a introdução da comunicação PLC pode atingir comunicação de alto nível, mantendo a interface física da parte CA do CCS inalterada, e pode integrar altamente as interfaces elétricas CA e CC, mantendo a compatibilidade.

No entanto, as desvantagens também são óbvias: primeiro, o circuito de modulação e demodulação deve ser adicionado ao circuito piloto CP, e o chip HomePlug GreenPHY é caro, o que aumenta indiretamente o custo de aplicação do CCS;

além disso, como a comunicação PLC é baseada em sinais de alta frequência, ela coloca altos requisitos na qualidade do meio de transmissão, ou seja, o cabo de carregamento. Em nossa assistência diária aos clientes em testes, ocasionalmente encontramos situações em que a atenuação do sinal é muito grande devido a problemas no cabo ou no terminal plug-in, tornando impossível estabelecer um handshake de carregamento.

DIN ESPECIFICAÇÃO 70121

O padrão DIN 70121 é um padrão normativo para comunicação digital entre veículos elétricos e estações de carregamento CC emitido pelo Instituto Alemão de Padronização em 2012. Já em 2011, o BMW Group havia lançado os carros-conceito puramente elétricos i3 e i8 e anunciado que eles seriam listados em 2013.

Entretanto, nessa época, a norma ISO/IEC 15118 ainda estava sendo elaborada e formulada, e a indústria automotiva alemã precisava urgentemente de uma norma para regular o mercado e lançar produtos. Portanto, a DIN 70121 nasceu com a missão de revitalizar a transformação da eletrificação dos automóveis alemães.

Ele é baseado nas primeiras versões não lançadas do IEC 61851-23 e ISO 15118, e define as especificações de comunicação digital no processo de carregamento DC. Em termos leigos, o padrão DIN 70121 estipula o uso de linhas de sinal CP como mídia de transmissão, PLC como links de dados, MAC e TCP/IP como modos de comunicação para a camada de transmissão de rede, e padroniza o handshake, o processo de interação e o conteúdo de mensagem de comunicações de alto nível, resolvendo assim o problema urgente da falta de padrões na indústria de carregamento DC naquela época.

Em 2014, o Instituto Alemão de Padronização lançou o DIN 70121:2014 Ed.2, que corrigiu alguns problemas. Em 2018, a especificação de teste de consistência DIN 70122:2018 para DIN 70121 foi oficialmente lançada. Até agora, o carregamento CCS tem um conjunto relativamente completo de padrões e sistemas de teste de consistência.

Devido ao tempo de lançamento apertado, a DIN 70121 encontrou muitos defeitos ou problemas que não podem ser implementados no uso real. Aqui temos que mencionar uma organização que é muito ativa na indústria de carregamento europeia - a Electric Vehicle Charging Interface Initiative (CharIN eV .).

Esta organização foi iniciada por várias empresas automobilísticas europeias líderes em 2015 e atualmente tem 164 membros principais e 139 membros. A organização CharIN visa unir a indústria para melhorar o padrão de cobrança CCS.

O mais representativo deles é a reunião anual de testes (CharIN Testival): por meio da reunião de testes, eles organizam empresas de automóveis e empresas de cobrança do setor para conduzir testes de interoperabilidade e coletar os problemas encontrados no teste e, em seguida, publicar o guia de aplicação (CharIN Implementation Guide for DIN 70121:2014) e casos de teste de consistência (CharIN Test Cases for DIN 70121:2014 Implementation Guide) para os problemas em DIN 70121 e DIN 70122.

Esses dois documentos de orientação, como suplementos e emendas ao padrão DIN, também serão adotados em futuras versões DIN. Atualmente, com o crescimento contínuo da organização CharIN, eles não estão mais limitados ao padrão CCS e estão olhando para padrões globais de cobrança.

A organização CharIN também define três estágios de padrões de carregamento CCS, e a DIN 70121 pertence ao estágio Básico.