Стандарты зарядки электромобилей

В 2011 году Европейская ассоциация автопроизводителей (ACEA) установила следующие определения:

• Разъем (Socket Outlet): Порт на оборудовании для питания электромобиля (EVSE), отвечающий за подачу зарядной мощности на транспортное средство.
• Штекер (Plug): Конец гибкого кабеля, который подключается к разъему на EVSE. В Северной Америке разъемы и штекеры не используются из-за стационарного крепления кабеля.
• Кабель (Cable): Гибкий жгут проводников, соединяющий EVSE с электромобилем.
• Коннектор (Connector): Конец гибкого кабеля, который сопрягается с входом электромобиля.
• Вход электромобиля (Vehicle Inlet): Порт на электромобиле, предназначенный для приема зарядной мощности.

Термины «коннектор электромобиля» и «вход электромобиля» ранее были определены схожим образом в статье 625 Национального электрического кодекса (NEC) США 1999 года. NEC-1999 также описывал «оборудование для питания электромобиля» (EVSE) как комплектное устройство, «специально установленное для подачи энергии от внутренней проводки помещений к электромобилю», включая «проводники, коннекторы электромобиля, штекеры и все прочие фитинги, устройства, розетки или аппаратуру».

Tesla, Inc. использует термин «зарядная станция» для описания объекта, где расположена группа зарядных устройств, при этом отдельное устройство EVSE они называют «коннектором».

Национальный рабочий совет по инфраструктуре электрического транспорта (IWC) был создан в 1991 году Институтом электроэнергетических исследований (EPRI) при участии представителей автопроизводителей и энергетических компаний с целью установления стандартов в США. Ранние усилия IWC привели к разработке трех уровней зарядки, изложенных в справочнике Национального электрического кодекса (NEC) 1999 года.

В соответствии с NEC-1999, оборудование для зарядки уровня 1 (как определено в справочнике NEC, хотя прямо не указано в самом кодексе) подключалось к сети с помощью стандартной трехконтактной электрической розетки NEMA 5-20R с заземлением. Кроме того, требовалось наличие устройства защитного отключения в пределах 12 дюймов (300 мм) от штекера. Цепь питания должна была иметь защиту на 125% от максимального номинального тока. Например, для зарядного оборудования, рассчитанного на постоянный ток 16 А, требовался автоматический выключатель на 20 А.

Зарядное оборудование уровня 2 (согласно справочнику) подлежало стационарному подключению и надежной установке в фиксированном месте согласно NEC-1999. Также требовались заземление и защита от утечки на землю, блокировочный механизм для предотвращения запуска автомобиля во время зарядки, а также безопасная разрывная муфта для кабеля и коннектора. Для защиты ответвленной цепи был обязателен выключатель на 40 А (эквивалентно 125% от максимального постоянного тока питания). Для большего удобства и ускоренной зарядки многие ранние электромобили (EV) использовали установку зарядного оборудования уровня 2, которое могло подключаться к электромобилю либо через индуктивный разъем (Magne Charge), либо через кондуктивный коннектор (Avcon).

Зарядное оборудование уровня 3 использовало внешний выпрямитель для преобразования входного переменного тока в постоянный, который затем подавался на автомобиль. На момент написания справочника NEC-1999 предполагалось, что для оборудования уровня 3 потребуется модернизация систем распределения и трансформаторов энергетическими компаниями.

Общество автомобильных инженеров (SAE International) определяет общие физические, электрические, коммуникационные и эксплуатационные требования к системам зарядки электромобилей (EV), используемым в Северной Америке, в рамках стандарта SAE J1772, первоначально разработанного в 2001 году. SAE J1772 разделяет зарядку на четыре уровня, по два уровня для источников переменного (AC) и постоянного (DC) тока. Эти различия основаны на типе распределения мощности, стандартах и максимальной мощности.

Зарядные станции переменного тока напрямую подключают встроенную зарядную схему автомобиля к источнику питания переменного тока.

• AC Уровень 1: Этот уровень подключается напрямую к стандартной розетке 120 В в Северной Америке и способен подавать 6–16 А (0,7–1,92 кВт), в зависимости от емкости выделенной цепи.
• AC Уровень 2: Использует питание 240 В (однофазное) или 208 В (трехфазное) для подачи тока от 6 до 80 А (1,4–19,2 кВт), обеспечивая значительное увеличение скорости зарядки по сравнению с уровнем 1.

Зарядку постоянным током часто, хотя и неверно, называют «уровнем 3», основываясь на старом определении NEC-1999; в стандарте SAE она классифицируется отдельно. При быстрой зарядке постоянным током питание переменного тока из сети преобразуется в постоянный с помощью преобразователя внутри станции перед тем, как попасть в аккумулятор автомобиля, минуя любые бортовые преобразователи.

• DC Уровень 1: Этот уровень подает максимум 80 кВт при 50–1000 В.
• DC Уровень 2: Подает максимум 400 кВт при 50–1000 В.

К дополнительным стандартам SAE для зарядки относятся SAE J3068, который касается трехфазной зарядки переменным током с использованием коннектора Type 2, определенного в IEC 62196-2, и SAE J3105, который посвящен автоматическому подключению устройств зарядки постоянным током.

В 2003 году Международная электротехническая комиссия (IEC) включила значительную часть стандарта SAE J1772 в IEC 62196-1.

Позднее IEC 62196-1 был пересмотрен и расширен до стандарта IEC 62196, став международным стандартом, охватывающим множество типов штекеров и режимов зарядки для электромобилей. Этот стандарт признан как DIN EN 62196 в Германии, ÖVE/ÖNORM EN 62196 в Австрии и SN EN 62196 в Швейцарии. Он состоит из нескольких компонентов, которые внедрялись постепенно. Третья часть была выпущена в июне 2014 года, а IEC TS 62196-4, охватывающая коннекторы для легких электромобилей, была опубликована в октябре 2022 года. По состоянию на 2022 год Часть 1 вышла четвертым изданием.

Стандарт следует определению IEC 61851 для сигнального контакта, отвечающего за переключение зарядного тока. Примечательно, что зарядная станция остается обесточенной до подключения электромобиля, что гарантирует невозможность управления автомобилем в процессе зарядки.

Определения сигнального контакта и зарядных штекеров IEC 62196-1 из Части 1 были интегрированы в различные технические регламенты. Помимо трехфазных коннекторов IEC 60309 «CEEform», режимы зарядки также были приняты для коннектора SAE J1772 в Северной Америке (разработан Yazaki), коннектора CHAdeMO в Японии и коннектора Mennekes (VDE-AR-E 2623-2-2) в Европе. Каждый из этих коннекторов служит основой для сети общественных зарядных станций, предоставляемых энергетическими компаниями.

IEC классифицирует зарядку по режимам (IEC 61851-1) следующим образом:

• Режим 1: Медленная зарядка от стандартной электрической розетки, однофазной или трехфазной переменного тока.
• Режим 2: Медленная зарядка от обычной розетки переменного тока, но с применением специальных защитных устройств для электромобилей, таких как системы Park & Charge или PARVE.
• Режим 3: Охватывает медленную и быструю зарядку переменным током с использованием специальной многоконтактной розетки, оснащенной функциями управления и защиты, например, SAE J1772 и IEC 62196-2.
• Режим 4: Быстрая зарядка постоянным током через выделенный интерфейс, например, согласно IEC 62196-3, такой как CHAdeMO.

Подключение электросети к «зарядному устройству» (оборудованию для питания электромобиля) описано в трех сценариях (IEC 61851-1):

• Случай A: Относится к любому зарядному устройству, подключенному к сети, обычно с кабелем питания, прикрепленным к самому зарядному устройству; в основном ассоциируется с режимами 1 или 2.
• Случай B: Описывает бортовое зарядное устройство автомобиля с кабелем питания, который можно отсоединить как от источника питания, так и от автомобиля; обычно соответствует режиму 3.
• Случай C: Относится к специализированным зарядным станциям постоянного тока, где кабель питания может быть постоянно прикреплен к станции, аналогично режиму 4.

Североамериканский стандарт зарядки (NACS), также известный как стандарт зарядки Tesla, представляет собой систему коннекторов для электромобилей, разработанную Tesla, Inc. Используется на всех автомобилях Tesla для рынка Северной Америки с 2012 года. В ноябре 2022 года Tesla открыла его для использования другими производителями.

Система коннекторов NACS, которая в настоящее время стандартизируется как SAE J3400, предназначена для обеспечения как зарядки переменным, так и постоянным током. Текущая версия коннектора NACS, используемая на станциях Tesla Supercharger, может передавать мощность до 250 кВт. При использовании переменного тока система NACS способна подавать до 80 ампер при 277 вольтах. В наиболее распространенной конфигурации она обеспечивает до 48 ампер тока при 240 вольтах, что эквивалентно 11,5 кВт и типично для домашнего использования в Северной Америке.

Распространенные коннекторы включают Type 1 (Yazaki), Type 2 (Mennekes), Type 3 (Scame), CCS Combo 1 и 2, CHAdeMO и Tesla. Многие стандартные типы штекеров определены в IEC 62196-2 (для питания переменным током) и 62196-3 (для питания постоянным током):

• Type 1: Однофазный коннектор переменного тока для автомобиля – соответствует спецификациям автомобильных штекеров SAE J1772/2009.
• Type 2: Одно- и трехфазный коннектор переменного тока для автомобиля – соответствует спецификациям штекеров VDE-AR-E 2623-2-2, SAE J3068 и GB/T 20234.2.
• Type 3: Одно- и трехфазный коннектор переменного тока для автомобиля, оснащенный защитными шторками – предложен EV Plug Alliance.
• Type 4: Коннекторы для быстрой зарядки постоянным током
  • Конфигурация AA: CHAdeMO
  • Конфигурация BB: GB/T 20234.3
  • Конфигурации CC/DD: (зарезервировано)
  • Конфигурация EE: CCS Combo 1
  • Конфигурация FF: CCS Combo 2

Типы коннекторов, указанные в IEC 62196-2 и -3
Источник питания	США	Евросоюз	Япония	Китай
1-фазный AC	Type 1 (SAE J1772)	Type 2 (DE, UK) Type 3 (IT, FR; устарел)	Type 1 (SAE J1772)	Type 2 (GB/T 20234.2)
3-фазный AC	Type 2 (SAE J3068)		-
DC	EE (CCS Combo 1)	FF (CCS Combo 2)	AA (CHAdeMO)	BB (GB/T 20234.3)
			ChaoJi (в планах)

В конце 1990-х и начале 2000-х годов в Соединенных Штатах было представлено несколько электромобилей, включая GM EV1, Ford Ranger EV и Chevrolet S-10 EV. Для поддержания приемлемой скорости зарядки эти автомобили использовали оборудование для питания электромобиля (EVSE) уровня 2 (однофазный переменный ток), согласно NEC-1999. Оборудование EVSE оснащалось либо индуктивным коннектором (Magne Charge), либо кондуктивным коннектором (обычно AVCON). GM, Nissan и Toyota поддерживали индуктивную систему, в то время как DaimlerChrysler, Ford и Honda выступали за кондуктивную.

Разъемы Magne Charge выпускались в двух размерах: старый, более крупный разъем (использовался для EV1 и S-10 EV) и новый, меньший (использовался для первого поколения Toyota RAV4 EV, но был обратно совместим с автомобилями с большим разъемом через переходник). Более крупный разъем, представленный в 1994 году, был необходим для порта зарядки с жидкостным охлаждением, тогда как меньший, представленный в 2000 году, соединялся с портом с воздушным охлаждением. Стандарт SAE J1773, описывающий технические требования к индуктивным разъемам, был впервые выпущен в январе 1995 года с дополнением в ноябре 1999 года.

Коннектор AVCON (слева) рядом с его преемником, коннектором SAE J1772 (справа).

28 июня 2001 года влиятельный Совет по воздушным ресурсам Калифорнии (CARB) принял кондуктивный коннектор в качестве своего стандарта, ссылаясь на его более низкую стоимость и долговечность. В результате производство разъема Magne Charge было прекращено в марте следующего года. В то время существовало три кондуктивных коннектора, названных по именам производителей: Avcon (также известный как штыревой, использовался Ford, Solectria и Honda), Yazaki (также известный как контактный, на RAV4 EV) и ODU (использовался DaimlerChrysler). Коннектор Avcon поддерживал зарядку уровня 2 и уровня 3 (постоянный ток) и первоначально был описан в приложении к первой версии (1996) рекомендованной практики SAE J1772. Версия 2001 года перенесла описание коннектора в основной текст практики, установив его в качестве фактического стандарта для США. IWC рекомендовал штыревой коннектор Avcon для Северной Америки, основываясь на экологических и ресурсных испытаниях. В своей реализации коннектор Avcon использовал четыре контакта для уровня 2 (L1, L2, Pilot, Ground) и добавлял пять дополнительных (три для последовательной связи и два для питания постоянным током) для уровня 3 (L1, L2, Pilot, Com1, Com2, Ground, Clean Data ground, DC+, DC−). Однако к 2009 году J1772 принял круглый контактный (Yazaki) коннектор в качестве стандарта, что сделало прямоугольный коннектор Avcon устаревшим.