Rodzaje wtyczek do samochodów elektrycznych

Jak to zwykle bywa z każdą nową technologią, początki są trudne i pełne konkurujących ze sobą standardów. Każdy producent stosuje i rozwija własne standardy i procesy. Tylko czas może zadecydować, który z nich zwycięży. Tak było ze złączami do ładowania telefonów komórkowych, tak jest dziś ze złączami kabli do ładowania samochodów elektrycznych. Przyjrzyjmy się więc wszystkim złączom ładowania, które mamy obecnie na świecie.

Co to jest wtyczka do samochodu elektrycznego?

Wtyczka do samochodu elektrycznego to złącze służące do podłączania pojazdu elektrycznego do stacji ładowania, umożliwiające przesyłanie energii elektrycznej do baterii samochodu. Wtyczki te są kluczowym elementem infrastruktury ładowania, pozwalając na bezpieczne i efektywne zasilanie pojazdów elektrycznych.

Przegląd złącz ładowania pojazdów

Szybkość ładowania zależy od trzech elementów – stacji ładującej, która jest źródłem zasilania, kabla ładującego i ładowarki pokładowej. W tym artykule przyjrzymy się ważnej części każdego kabla do ładowania – jego złączu.

Dla uproszczenia różne typy złączy można z grubsza podzielić według regionu, w którym są najczęściej używane. Chociaż jest to uproszczone stwierdzenie. Stacje ładowania AC zazwyczaj nie mają zintegrowanego kabla do ładowania, więc kierowca ma przy sobie kabel, który pasuje do jego samochodu, a problem z rodzajami złączy jest w zasadzie wyeliminowany. Stacje szybkiego ładowania DC zawsze mają dołączony kabel ze względów bezpieczeństwa, natężenia prądu, ceny i wagi kabla, więc konieczne jest wybranie stacji, która ma odpowiednie złącze.

Złącza prądu przemiennego AC

Pierwsze samochody elektryczne, takie jak General Motors EV1, wykorzystywały do ładowania złącze indukcyjne, w którym prąd był przesyłany przez indukcję elektromagnetyczną. Jednak ta metoda ładowania nie przyjęła się, ponieważ w tamtym czasie nie była wystarczająco wydajna. (Dziś możemy usłyszeć sugestie powrotu do ładowania indukcyjnego, a Norwegia jest zdecydowanie najbardziej postępowym krajem pod tym względem). Nieefektywność stworzyła zapotrzebowanie na zaprojektowanie połączenia przewodzącego o eleganckiej nazwie SAE J1772-2001. Jednym z wymagań dla złącza było ustanowienie połączenia z pokładem i systemem informacyjno-rozrywkowym.

Typ (SAE J1772):

• • Opis: Popularna głównie w Ameryce Północnej.
  • Zastosowanie: Przeznaczona do ładowania prądem zmiennym (AC) do 7,4 kW (32 A).
  • Charakterystyka: Ma pięć pinów, umożliwiając komunikację między pojazdem a stacją ładowania.

J1772 – Typ 1

W Kalifornii kwadratowa wtyczka o nazwie J1772 została wprowadzona w 2001 roku, ale miała moc tylko 6,6 kW, więc w 2008 roku firma Yazaki zaprojektowała nową wtyczkę o mocy 19,2 kW, która od 2010 roku stała się standardem dla wszystkich amerykańskich pojazdów. Dzisiejszy projekt Yazaki to nowa wtyczka J1772, która jest często nazywana wtyczką J lub typem 1.

Oryginalne złącze Avcon zgodne ze specyfikacją J1772

Pierwotnie samochody elektryczne w Europie również miały ten typ złącza, więc wiele starszych lub hybrydowych samochodów jest nadal wyposażonych w typ 1, ale ponieważ wszyscy kierowcy pojazdów elektrycznych często noszą ze sobą własny kabel, nie ma problemu z ładowaniem na dowolnej stacji prądu przemiennego. Jednak obecnie typ 1 jest używany głównie w Ameryce i Azji. Główną wadą tej wtyczki jest to, że umożliwia korzystanie tylko z jednej fazy i nie obsługuje wbudowanego automatycznego systemu blokowania.

Mennekes – Type 2

Europejskie samochody korzystały ze złącza typu 1, dopóki główni europejscy producenci samochodów nie zaczęli szukać nowego rozwiązania, które mogłoby wykorzystać wszystkie trzy fazy. W 2003 roku opracowano nowe specyfikacje IEC 62196, na podstawie których wyprodukowano wtyczkę typu 2 “mennekes”, która szybko stała się nowym europejskim standardem. Dzięki temu, że oba typy wtyczek (typ 1 i 2) wykorzystują ten sam protokół sygnalizacyjny J1772 do komunikacji, producenci samochodów mogą produkować pojazdy w ten sam sposób, a dopiero na samym końcu instalują typ wtyczki odpowiadający rynkowi, na którym samochód będzie sprzedawany. Wśród tych typów istnieją również adaptery pasywne. Kolejną ważną zaletą wtyczki typu 2 jest to, że obsługuje ona wbudowany system automatycznego blokowania. Maksymalna moc ładowania tego standardu wynosi 22 kW.

Typ (Mennekes):

• • Opis: Standardowy rodzaj wtyczki w Europie.
  • Zastosowanie: Umożliwia ładowanie prądem zmiennym (AC) do 43 kW oraz prądem stałym (DC) do 350 kW.
  • Charakterystyka: Posiada siedem pinów, w tym trzy fazowe, dwa dla komunikacji i dwa dla bezpieczeństwa.

Standard GB / T

W Chinach, pod nadzorem Komisji Standaryzacyjnej Guobiao, opracowano wtyczkę GB / T, która obecnie jest jedyną używaną. Fakt, że w całym kraju nie ma innych typów złączy, które mogłyby konkurować, ułatwia rozwój infrastruktury ładowania. Należy zauważyć, że Chiny są krajem o najgęstszej sieci stacji ładowania i mają największy udział samochodów elektrycznych na świecie.

Złącza DC

Ładowanie prądem stałym umożliwia znacznie szybsze ładowanie samochodu niż ładowanie prądem przemiennym. Obecnie najpopularniejsze stacje ładowania mają moc 50 kWh, ale pojawiają się już stacje 150 kWh, a także ładowarki 270 kWh i 350 kWh, co znajduje odzwierciedlenie w ciągłej potrzebie opracowywania bardziej wydajnych złączy.

CCS – Typ 1 i Typ 2 (połączony system ładowania)

CCS, czyli połączony system ładowania, to piękne, eleganckie rozwiązanie do szybkiego ładowania prądem stałym. Są to oryginalne wtyczki typu 1 lub 2, do których dodano dwa dodatkowe piny na dole. W przypadku ładowania prądem stałym te dwa dolne piny uczestniczą w samym ładowaniu, a z górnej części wykorzystywany jest tylko pin komunikacyjny i przewód uziemiający, który stanowi punkt odniesienia dla systemów zabezpieczających. Złącza te mogą wytrzymać moc do 350 kW.

Jest to obecnie najpopularniejszy typ złącza DC. Typ 1 jest powszechny w Stanach Zjednoczonych, podczas gdy typ 2 CCS jest używany w Europie. Wysiłki Parlamentu Europejskiego, aby zezwolić na wycofanie tylko CCS 2 i innych wtyczek z Europy, nie zakończyły się sukcesem, ale standard ten nadal wygrywa, głównie dlatego, że samochód ma tylko jedno gniazdo. W przypadku korzystania ze złącza CHAdeMO samochód musi mieć zawsze dwa gniazda.

CCS nie są kompatybilne ze stacjami ładowania CHAdeMO i GB / T, ponieważ używają różnych protokołów komunikacyjnych, więc potrzebne są specjalne adaptery, które nie są łatwe do zdobycia.

CCS (Combined Charging System):

• • Opis: Typ 2 Combined Charging System, znany również jako CCS Combo 2, jest standardem w Europie, podczas gdy CCS Combo 1 (oparty na Typ 1) jest popularny w Ameryce Północnej.
  • Zastosowanie: Obsługuje zarówno prąd zmienny (AC), jak i prąd stały (DC) do 350 kW.
  • Charakterystyka: Jest to rozszerzenie wtyczki Typu 2 lub Typu 1, z dodatkowymi dwoma pinami dla prądu stałego, co pozwala na szybkie ładowanie.

CHAdeMO

CHAdeMO to oryginalna wtyczka DC opracowana przez pięciu japońskich producentów samochodów, którzy od 2010 roku próbowali wypromować tę wtyczkę jako globalny standard. Nie udało się, ale mimo to liczba ładowarek ze złączami CHAdeMO rosła. Z 10 000 w 2015 r. do 25 600 w 2019 r. (z czego 9 200 w Europie i 7 600 w Japonii).

Parlament Europejski próbował przeforsować dyrektywę mającą na celu stopniowe wyeliminowanie tego złącza z Europy na rzecz CCS. Obecne brzmienie tej dyrektywy stanowi, że każda stacja szybkiego ładowania musi mieć co najmniej jedno złącze CCS. Stacje ładowania mogą z łatwością posiadać więcej złączy. Jednak sami producenci samochodów elektrycznych porzucają złącza CHAdeMO. Obecnie produkowane są tylko dwa samochody elektryczne z tym złączem, a jeden z nich, Nissan, przechodzi na złącza CCS, więc wydaje się, że standard ten będzie powszechny tylko w Japonii i Chinach.

W 2018 roku CHAdeMO Association wprowadziło drugą wersję swojego złącza, która pozwala na ładowanie do 400 kW. Obecnie współpracuje z Chinami nad opracowaniem ultraszybkiego złącza zdolnego do ładowania do 900 kW.

CHAdeMO:

• • Opis: Standard opracowany w Japonii.
  • Zastosowanie: Przeznaczony do szybkiego ładowania prądem stałym (DC) do 100 kW.
  • Charakterystyka: Duża, okrągła wtyczka z wieloma pinami, umożliwia dwukierunkowy przepływ energii.

GB / T

Podobnie jak w przypadku ładowania prądem przemiennym, Chiny mają własne standardy ładowania prądem stałym. GB / T współpracuje obecnie z CHAdeMO w celu opracowania trzeciej generacji złączy, które powinny być w stanie przesyłać 900 kW.