EV Şarj Standartları

2011 yılında, Avrupa Otomobil Üreticileri Birliği (ACEA) aşağıdaki tanımları oluşturmuştur:

• Soket (Socket Outlet): Araca şarj gücü sağlamaktan sorumlu, elektrikli araç besleme ekipmanı (EVSE) üzerindeki portu ifade eder.
• Fiş (Plug): EVSE üzerindeki soketle bağlantı kuran esnek kablonun ucunu belirtir. Kuzey Amerika'da, kablonun kalıcı olarak bağlı olması nedeniyle soket ve fiş kullanılmaz.
• Kablo (Cable): EVSE'yi elektrikli araca bağlayan esnek iletken demetini tanımlar.
• Konnektör (Connector): Esnek kablonun, aracın giriş portuyla arayüz oluşturan ucunu temsil eder.
• Araç Girişi (Vehicle Inlet): Elektrikli araç üzerinde şarj gücünü almak üzere tasarlanmış portu ifade eder.

Elektrikli araç konnektörü ve elektrikli araç girişi terimleri daha önce 1999 tarihli Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Elektrik Yasası'nın (NEC) 625. maddesi kapsamında benzer şekilde tanımlanmıştı. NEC-1999 ayrıca elektrikli araç besleme ekipmanını, enerjiyi tesis kablolarından elektrikli araca iletmek için özel olarak kurulmuş ve iletkenler, elektrikli araç konnektörleri, bağlantı fişleri ve diğer tüm donanım, cihaz, güç çıkışı veya aparatları kapsayan eksiksiz bir ünite olarak tanımlamıştır.

Tesla, Inc., bir grup şarj cihazını barındıran bir konumu tanımlamak için şarj istasyonu terimini kullanırken, bireysel bir EVSE'yi konnektör olarak adlandırır.

Ulusal Elektrikli Ulaşım Altyapısı Çalışma Konseyi (IWC), 1991 yılında Elektrik Gücü Araştırma Enstitüsü tarafından, Amerika Birleşik Devletleri'nde standartlar oluşturmak amacıyla otomotiv üreticileri ve elektrik hizmeti sağlayıcılarından üyelerin katılımıyla kurulmuştur. IWC'nin erken dönem çalışmaları, 1999 Ulusal Elektrik Yasası (NEC) El Kitabı'nda belirtilen üç şarj seviyesinin geliştirilmesine yol açmıştır.

NEC-1999 uyarınca, Seviye 1 şarj ekipmanı (NEC el kitabında tanımlandığı şekliyle, ancak yasa metninde açıkça belirtilmemiştir), standart bir NEMA 5-20R topraklı 3 uçlu elektrik prizi kullanılarak şebekeye bağlanmıştır. Ayrıca, fişten sonraki 12 inç (300 mm) mesafe içinde bir artık akım cihazı bulunmasını zorunlu kılmıştır. Besleme devresinin, maksimum nominal akımın %125'i oranında korumaya sahip olması gerekmiştir. Örneğin, 16 amper sürekli akım değerine sahip şarj ekipmanı, 20 A'lik bir sigorta (kesici) gerektirmiştir.

Seviye 2 şarj ekipmanı (el kitabında belirtildiği şekliyle), NEC-1999 kapsamında sabit bir konuma kalıcı olarak kablolanmış ve güvenli bir şekilde yerleştirilmiştir. Bu ekipman, şarj sırasında aracın çalışmasını önlemek için bir kilitleme mekanizması ve kablo ile konnektör için bir güvenlik kopma sistemi ile birlikte topraklama ve toprak kaçağı koruması da gerektirmiştir. Branşman devresini korumak için 40 A'lik bir sigorta (sürekli maksimum besleme akımının %125'ine eşdeğer) zorunluydu. Daha fazla kolaylık ve daha hızlı şarj için birçok erken dönem elektrikli araç (EV), endüktif bir palet (Magne Charge) veya iletken bir konnektör (Avcon) aracılığıyla araca bağlanabilen Seviye 2 şarj ekipmanının kurulumunu tercih etmiştir.

Seviye 3 şarj ekipmanı, giriş AC gücünü DC'ye dönüştürmek için araç dışı bir doğrultucu kullanmış ve ardından araca tedarik etmiştir. NEC-1999 el kitabının yazıldığı dönemde, Seviye 3 şarj ekipmanının, hizmet sağlayıcıların dağıtım sistemlerini ve transformatörlerini yükseltmesini gerektireceği öngörülmüştür.

Otomotiv Mühendisleri Derneği (SAE International), Kuzey Amerika'da kullanılan elektrikli araç (EV) şarj sistemleri için genel fiziksel, elektriksel, iletişim ve performans gereksinimlerini, ilk kez 2001 yılında geliştirilen SAE J1772 standardının bir parçası olarak tanımlar. SAE J1772, alternatif akım (AC) ve doğru akım (DC) beslemeleri için ikişer seviye olmak üzere dört şarj seviyesi belirler. Bu ayrımlar; güç dağıtım türü, standartlar ve maksimum güce dayanmaktadır.

AC şarj istasyonları, aracın yerleşik şarj devresini doğrudan AC beslemesine bağlar.

• AC Seviye 1: Bu seviye, standart bir 120 V Kuzey Amerika prizine doğrudan bağlanır ve özel bir devrenin kapasitesine bağlı olarak 6–16 A (0.7–1.92 kW) sağlayabilir.
• AC Seviye 2: 240 V (tek fazlı) veya 208 V (üç fazlı) güç kullanarak 6 ile 80 A arasında (1.4–19.2 kW) besleme yapar ve AC Seviye 1 şarja göre şarj hızında önemli bir artış sağlar.

Eski NEC-1999 tanımına dayalı olarak genellikle yanlış bir şekilde "Seviye 3" şarj olarak adlandırılan DC şarj, SAE standardında ayrı bir kategoride sınıflandırılır. DC hızlı şarjda, şebeke AC gücü, istasyondaki bir AC-DC dönüştürücü aracılığıyla DC'ye dönüştürülerek aracın bataryasına ulaşır ve araç üzerindeki tüm AC-DC dönüştürücüleri baypas eder.

• DC Seviye 1: Bu seviye 50–1000 V'ta maksimum 80 kW sağlar.
• DC Seviye 2: 50–1000 V'ta maksimum 400 kW sağlar.

SAE tarafından yayınlanan diğer şarj standartları arasında, IEC 62196-2'de tanımlanan Tip 2 konnektörü kullanan üç fazlı AC şarj ile ilgili SAE J3068 ve DC şarj cihazlarının otomatik bağlantısını ele alan SAE J3105 bulunur.

2003 yılında, Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC), SAE J1772 standardının önemli bir kısmını IEC 62196-1'e dahil etmiştir.

IEC 62196-1 daha sonra revize edilip genişletilerek IEC 62196 adını almış ve elektrikli araçlar için çeşitli fiş tiplerini ve şarj modlarını kapsayan uluslararası bir standart haline gelmiştir. Bu standart Almanya'da DIN standardı DIN EN 62196, Avusturya'da ÖVE/ÖNORM EN 62196 ve İsviçre'de SN EN 62196 olarak tanınır. Standart, kademeli olarak benimsenen çeşitli bileşenlerden oluşur. Üçüncü kısım Haziran 2014'te yayınlanmış olup hafif elektrikli araçlar için konnektörleri kapsayan IEC TS 62196-4 ise Ekim 2022'de yayımlanmıştır. Bölüm 1, 2022 itibarıyla dördüncü basımına ulaşmıştır.

Standart, şarj akımını anahtarlamadan sorumlu bir sinyal pini için IEC 61851 tanımını takip eder. Önemli bir husus olarak, bir elektrikli araç bağlanana kadar şarj istasyonu voltajsız kalır; bu da aracın şarj işlemi sırasında çalıştırılamamasını sağlar.

Bölüm 1'deki sinyal pini ve IEC-62196-1 şarj fişleri için tanımlar çeşitli teknik düzenlemelere entegre edilmiştir. IEC 60309 "CEEform" üç fazlı konnektörlere ek olarak, şarj modları Kuzey Amerika'daki SAE J1772 konnektörü (Yazaki tarafından geliştirilmiştir), Japonya'daki CHAdeMO konnektörü ve Avrupa'daki Mennekes konnektörü (VDE-AR-E 2623-2-2) için de benimsenmiştir. Bu konnektörlerin her biri, enerji sağlayıcıları tarafından sunulan bir kamu şarj istasyonu ağının temelini oluşturur.

IEC, şarjı (IEC 61851-1) modlar halinde şu şekilde sınıflandırır:

• Mod 1: Standart bir elektrik prizinden, tek fazlı veya üç fazlı AC olsun, yavaş şarjı içerir.
• Mod 2: Sıradan bir AC prizinden yavaş şarj, ancak Park & Charge veya PARVE sistemleri gibi araca özel belirli koruma düzenlemeleriyle gerçekleştirilir.
• Mod 3: SAE J1772 ve IEC 62196-2 gibi kontrol ve koruma işlevleriyle donatılmış özel bir araç çok pinli soketini kullanarak hem yavaş hem de hızlı AC şarjı kapsar.
• Mod 4: CHAdeMO gibi IEC 62196-3 tipi özel bir şarj arayüzü üzerinden DC hızlı şarj.

Elektrik şebekesi ile "şarj cihazı" (elektrikli araç besleme ekipmanı) arasındaki bağlantı üç senaryoda (IEC 61851-1) özetlenmiştir:

• Durum A: Genellikle şebeke besleme kablosunun şarj cihazının kendisine bağlı olduğu, şebekeye bağlı herhangi bir şarj cihazını ifade eder ve temel olarak Mod 1 veya 2 ile ilişkilidir.
• Durum B: Hem beslemeden hem de araçtan ayrılabilen şebeke besleme kablosuna sahip, genellikle Mod 3'e karşılık gelen, araç üzerindeki yerleşik şarj cihazını tanımlar.
• Durum C: Şebeke besleme kablosunun şarj istasyonuna kalıcı olarak bağlı olabildiği, Mod 4'e benzer şekilde DC'ye özel şarj istasyonları ile ilgilidir.

Tesla şarj standardı olarak da bilinen Kuzey Amerika Şarj Standardı (NACS), Tesla, Inc. tarafından geliştirilen bir elektrikli araç (EV) şarj konnektör sistemidir. 2012'den beri Kuzey Amerika pazarındaki tüm Tesla araçlarında kullanılmaktadır. Kasım 2022'de Tesla, bu standardı diğer üreticilerin kullanımına açmıştır.

Şu anda SAE J3400 olarak standartlaştırılmakta olan NACS konnektör sistemi, hem AC hem de DC şarjını kolaylaştırmak üzere tasarlanmıştır. Tesla Supercharger'larla kullanılan NACS konnektörünün mevcut versiyonu 250 kW'a kadar güç sağlayabilmektedir. AC gücü kullanıldığında, NACS sistemi 277 voltta 80 ampere kadar güç iletebilir. En yaygın yapılandırmasında, Kuzey Amerika'daki konut tipi kullanımlarda tipik olan 11.5 kW'a eşdeğer, 240 voltta 48 ampere kadar akım sağlar.

Yaygın konnektörler arasında Tip 1 (Yazaki), Tip 2 (Mennekes), Tip 3 (Scame), CCS Combo 1 ve 2, CHAdeMO ve Tesla bulunur. Birçok standart fiş tipi IEC 62196-2 (AC beslemeli güç için) ve 62196-3 (DC beslemeli güç için) standartlarında tanımlanmıştır:

• Tip 1: Tek fazlı AC araç kuplörü – SAE J1772/2009 otomotiv fiş teknik özellikleriyle uyumludur.
• Tip 2: Tek ve üç fazlı AC araç kuplörü – VDE-AR-E 2623-2-2, SAE J3068 ve GB/T 20234.2 fiş teknik özellikleriyle uyumludur.
• Tip 3: Güvenlik kapaklarıyla donatılmış tek ve üç fazlı AC araç kuplörü – EV Plug Alliance tarafından önerilmiştir.
• Tip 4: DC hızlı şarj kuplörleri
  • Yapılandırma AA: CHAdeMO
  • Yapılandırma BB: GB/T 20234.3
  • Yapılandırmalar CC/DD: (ayrılmıştır)
  • Yapılandırma EE: CCS Combo 1
  • Yapılandırma FF: CCS Combo 2

IEC 62196-2 ve -3'te listelenen konnektör tasarımları
Güç Kaynağı	Amerika Birleşik Devletleri	Avrupa Birliği	Japonya	Çin
1-fazlı AC	Tip 1 (SAE J1772)	Tip 2 (DE, UK) Tip 3 (IT, FR; artık kullanımda değil)	Tip 1 (SAE J1772)	Tip 2 (GB/T 20234.2)
3-fazlı AC	Tip 2 (SAE J3068)		-
DC	EE (CCS Combo 1)	FF (CCS Combo 2)	AA (CHAdeMO)	BB (GB/T 20234.3)
			ChaoJi (planlanmış)

1990'ların sonu ve 2000'lerin başında, GM EV1, Ford Ranger EV ve Chevrolet S-10 EV dahil olmak üzere birçok elektrikli araç (EV) Amerika Birleşik Devletleri'nde tanıtılmıştır. Bu araçlar, kabul edilebilir bir şarj hızını korumak için NEC-1999 tarafından tanımlanan Seviye 2 (tek fazlı AC) Elektrikli Araç Besleme Ekipmanının (EVSE) kullanımını tercih etmişlerdir. EVSE'ler ya endüktif bir konnektör (Magne Charge) ya da iletken bir konnektör (genellikle AVCON) ile donatılmıştı. GM, Nissan ve Toyota endüktif sistemi desteklerken; DaimlerChrysler, Ford ve Honda iletken sistemi desteklemiştir.

Magne Charge paletleri iki boyutta mevcuttu: daha eski ve büyük bir palet (EV1 ve S-10 EV için kullanılan) ve daha yeni, daha küçük bir palet (birinci nesil Toyota RAV4 EV için kullanılan ancak bir adaptör aracılığıyla büyük paletli araçlarla geriye dönük uyumlu olan). 1994 yılında tanıtılan büyük palet, sıvı soğutmalı bir araç giriş şarj portu için gerekliydi; 2000 yılında tanıtılan daha küçük palet ise hava soğutmalı bir girişle arayüz oluşturuyordu. Endüktif palet bağlantısı için teknik gereksinimleri özetleyen SAE J1773, ilk kez Ocak 1995'te yayınlanmış ve Kasım 1999'da revize edilmiştir.

AVCON konnektörü (solda) ve halefi olan SAE J1772 konnektörü (sağda).

28 Haziran 2001'de, etkili California Hava Kaynakları Kurulu, daha düşük maliyetler ve daha fazla dayanıklılık gerekçesiyle iletken konnektörü standardı olarak kabul etmiştir. Sonuç olarak, Magne Charge palet üretimi takip eden Mart ayında durdurulmuştur. O tarihte her biri üreticilerinin adını taşıyan üç iletken konnektör mevcuttu: Avcon (butt-and-pin olarak da bilinir; Ford, Solectria ve Honda tarafından kullanılmıştır), Yazaki (pin-and-sleeve olarak da bilinir; RAV4 EV'de bulunmuştur) ve ODU (DaimlerChrysler tarafından kullanılmıştır). Avcon butt-and-pin konnektörü hem Seviye 2 hem de Seviye 3 (DC) şarjı desteklemekteydi ve ilk olarak SAE J1772 tavsiye uygulamasının ilk sürümünün (1996) ekinde açıklanmıştı. 2001 sürümü, konnektör açıklamasını uygulamanın ana gövdesine taşımış ve onu Amerika Birleşik Devletleri için fiili standart haline getirmiştir. IWC, çevresel ve dayanıklılık testlerine dayanarak Kuzey Amerika için Avcon butt konnektörünü önermiştir. Uygulamasında Avcon konnektörü, Seviye 2 için dört kontak (L1, L2, Pilot, Toprak) kullanmış ve Seviye 3 için beş kontak daha (üçü seri iletişim ve ikisi DC güç için: L1, L2, Pilot, Com1, Com2, Toprak, Temiz Veri toprağı, DC+, DC−) eklemiştir. Ancak 2009 yılına gelindiğinde, J1772 yuvarlak pin-and-sleeve (Yazaki) konnektörünü standart uygulaması olarak benimsemiş ve bu durum dikdörtgen Avcon butt konnektörünü geçersiz kılmıştır.