SAE J3105 ist eine empfohlene Vorgehensweise für automatische Verbindungseinrichtungen (ACD) zur Anbindung von Ladegeräten an batterieelektrische Busse und Nutzfahrzeuge. Die von SAE International unter dem offiziellen Titel „Empfohlene Vorgehensweise für leitfähige automatische Verbindungseinrichtungen zur Energieübertragung in Elektrofahrzeugen“ herausgegebene Richtlinie wurde erstmals im Januar 2020 veröffentlicht. Sie umfasst die allgemeinen physikalischen, elektrischen, funktionalen, Prüf- und Leistungsanforderungen für automatische leitfähige Gleichstrom-Energieübertragungssysteme für Nutzfahrzeuge, insbesondere für Linienbusse .

J3105 definiert eine gemeinsame Architektur für automatisierte leitungsgebundene Ladesysteme, sodass jedes Fahrzeug, das eine der ergänzenden spezifischen ACD-Implementierungen auswählt, jedes Ladegerät verwenden kann, das dieser spezifischen Implementierung entspricht, unabhängig vom Hersteller, ähnlich wie die früheren Normen IEC 62196 , SAE J1772 und SAE J3068 die Eigenschaften für eine manuell angeschlossene Schnittstelle für die Stromversorgung von Elektrofahrzeugen definieren.

Geschichte

Die SAE gründete 2016 die Task Force „Leitfähiges Laden von Nutzfahrzeugen“, um Empfehlungen für das leitungsgebundene Laden von schweren Elektrofahrzeugen zu entwickeln. [ 1 ] Zu den Teilnehmern der Task Force gehörten Hersteller von Linienbussen ( Gillig , New Flyer , Nova Bus , Proterra ), Ladegerätehersteller ( ABB , Heliox , Opbrid , Siemens , Toshiba ), Schnittstellenhersteller ( Furrer+Frey , Schunk Group , Stäubli , Stemmann ), Energieversorgungsunternehmen ( EPRI , SMUD , SCE ), Verkehrsbetriebe ( APTA , CTA , King County Metro , LACMTA , NYCTA ) sowie weitere Interessengruppen ( ANL , CalStart , CEC , CTE ). [ 1 ]

Die Task Force veröffentlichte die SAE J3068 -Empfehlung erstmals im Jahr 2018 und baute dabei auf bestehenden internationalen Normen für das Laden mit dreiphasigem Wechselstrom auf. J3068 definiert einen manuellen Typ-2-Stecker , der sowohl für das Laden mit Wechselstrom als auch mit Gleichstrom bis zu 1000 V verwendet werden kann. [ 2 ]

Allgemeine Konstruktionsmerkmale

Verkehrsbetriebe können das Zwischenladen [ a ] ( OppCharge [ 4 ] ) nutzen, um die Reichweite von Elektrobussen während eines Zwischenstopps zu erhöhen. Dies steht im Gegensatz zum Depotladen [ b ] , bei dem die Busse in einer gemeinsamen Garage oder einem Abstellgebäude geladen werden, wenn sie außer Betrieb sind. [ 5 ] :4 Ein ACD-System kann sowohl für das Zwischenladen als auch für das Depotladen verwendet werden. Beispielsweise verfügt das Busdepot des Flughafens Schiphol über Oberlader mit 30 kW (Depotladen) und 450 kW (Zwischenladen) für seine vollelektrische Busflotte. [ 3 ] :4

J3105 definiert zwei Stromstärken für die Gleichstromladung mit einer Versorgungsspannung von 250 bis 1000 V:

  1. Bis zu 600 A (350 kW)
  2. Bis zu 1200 A (1200 kW)

Diese Ladestufen sind untereinander kompatibel; beispielsweise kann ein Fahrzeug der Stufe 1 an ein Ladegerät der Stufe 2 angeschlossen werden und erhält die entsprechende Ladeleistung. [ 6 ] : 8 Spezifische Anforderungen an die Ladestation und die Kommunikation sind in IEC 61851-23 und ISO 15118 geregelt .

Nähert sich ein Fahrzeug einer Ladestation, werden Fahrzeug und Ladestation drahtlos über IEEE 802.11n gekoppelt. Die erste Kommunikation dient dazu, den Fahrer in eine geeignete Position zu lotsen, damit die Verbindung hergestellt werden kann. Nach erfolgreicher Verbindung erfolgt die Kommunikation über die Control Pilot-Schnittstelle. [ 6 ] : 8

Relative Größen der infrastrukturgebundenen Steckverbinder für die drei J3105-Implementierungen. J3105-1 umfasst die fahrzeugmontierten Schienen (horizontal angeordnet). Der Pfeil zeigt die Fahrtrichtung des Fahrzeugs an.

J3105 definiert lediglich vier Schnittstellenverbindungen. Die spezifischen physikalischen Schnittstellen sind in den ergänzenden Empfehlungen beschrieben. [ 6 ] : 7

  1.  +  Gleichstrom (+)
  2.  –  Gleichstrom (–)
  3.  PE  Erdung / Schutzerde
  4.  CP  Kontrollpilot

Spezifische Ladeimplementierungen

J3105 enthält drei ergänzende empfohlene Vorgehensweisen für spezifische ACD-Implementierungen:

  1. J3105-1 „Infrastrukturmontierte Querschienenverbindung“ (oder „Querschiene“): Die Oberleitungsladestation verlängert die Kontakte an einem Stromabnehmer nach unten, um sie mit den auf dem Dach des Fahrzeugs montierten Schienen zu verbinden.
  2. J3105-2 „Fahrzeugmontierter Stromabnehmeranschluss“ (oder „Bus up“): Das Fahrzeug fährt einen Stromabnehmer von seinem Dach nach oben aus, um die Kontakte der darüberliegenden Ladestation zu erreichen.
  3. J3105-3 „Geschlossene Stift- und Buchsenverbindung“: Die Ladestation ragt mit einem Stift horizontal in die Dachbuchse des Fahrzeugs hinein.

Die physikalischen Eigenschaften werden in den jeweiligen ACD-Implementierungen beschrieben. Jede der empfohlenen Vorgehensweisen für spezifische ACD-Implementierungen umfasst die Leiterabmessungen und -abstände sowie das erforderliche Ausrichtungs- und Anschlussverfahren.

Je nach konkreter Implementierung wird eine geringfügige Fehlausrichtung toleriert:

J3105 nominale Ausrichtungsanforderungen [ 7 ]
Ergänzen Standort [ i ]Rollwinkel [ ii ]Nickwinkel [ iii ]Gierwinkel [ iv ]
In Richtung BordsteinVom Bordstein weg HochRunter
J3105-1 „Querschiene“ 1.170 ± 150 mm 46,1 ± 5,9 Zoll 3,5°3,5° 5,0°5,0° 5,0°
J3105-2 "Bus hoch" 0 ± 50 mm 0,0 ± 2,0 in [ v ]4,0°2,0° 5,0°5,0° 2,0°
J3105-3 "Stift" 1.000 ± 10 mm 39,37 ± 0,39 Zoll3.050 ± 10 mm 120,08 ± 0,39 in [ vi ]5,0°5,0° 5,0°5,0° 5,0°
Anmerkungen
  1. ^ Der Abstand wird von der Mittellinie der Vordertür bis zur Mittellinie der fahrzeugseitigen Kontakte in Richtung des hinteren Teils des Busses gemessen, sofern nicht anders angegeben.
  2. ^ Winkel der Fahrzeugkarosserie relativ zu einer Ebene, die senkrecht zur Straße steht.
  3. ^ Winkel des Fahrzeugradstands relativ zur Straßenebene.
  4. ^ Winkel des Fahrzeugs (entlang seiner Länge) relativ zur Bordsteinkante.
  5. ^ Gemessen bis zur Mittellinie der Motorhaube mit Ladekontakten.
  6. ^ Gemessen vom Boden senkrecht bis zur Mittellinie des Trichters.

Querschiene (J3105-1)

ABB -Kreuzschienenlader mit Volvo 7900 an der ersten OppCharge-Station
Eingefahrener Stromabnehmer

Bei der Cross-Rail-ACD-Implementierung (offiziell „Infrastrukturmontierte Cross-Rail-Verbindung“) besteht die Ladestation am Straßenrand aus einer über die Straße ragenden Oberleitung. Nachdem der Bus an der Ladestation gehalten hat, werden Kontakte von der Oberleitung über einen Stromabnehmer abgesenkt und mit Schienen auf dem vorderen Dach des Busses verbunden.

Die Crossrail-Lösung wird unter dem Namen OppCharge (Opportunity Charging) vermarktet. Das von Volvo Buses angeführte OppCharge-Konsortium umfasst mehrere Bus- und Ladeinfrastrukturhersteller. [ 8 ] Die erste OppCharge-Station wurde Ende 2016 von ABB in Bertrange , Luxemburg , für Hybridbusse von Volvo in Betrieb genommen. [ 9 ] In den USA wurden die ersten OppCharge-Stationen 2019 von New Flyer Infrastructure Solutions als Ladestationen entlang der M42-Linie der New York City Transit Authority installiert . [ 10 ]

Bus hoch (J3105-2)

VDL Citea mit einem SCHUNK SLS 102 Bus-Up-Stromabnehmer
Schematische Darstellung des Stromabnehmerkopfes und der an der Infrastruktur montierten Kontakthaube

Die Bus-Up-ACD-Implementierung (offiziell „Fahrzeugmontierte Pantographenverbindung“) nutzt ebenfalls ein Oberleitungsladegerät. Die Ladekontakte bleiben jedoch fest montiert, während der Bus einen Pantographen vom Dach ausfährt, um den Ladekontakt herzustellen. Die Ladekontakte befinden sich an der Unterseite eines langen, abgedeckten Gehäuses, um die Kontaktverbindung zwischen Bus und Ladegerät zu ermöglichen.

Die Bus-Up-Technologie wurde von VDL Bus & Coach mit Ladegeräten von Heliox eingeführt; beide Unternehmen haben ihren Sitz in den Niederlanden. Die Ladestationen von Amstelland-Meerlanden am Flughafen Schiphol waren bei ihrer Fertigstellung im Jahr 2018 die größte Ladeinfrastruktur für Elektrobusse in Europa. Sie umfassten 23 mobile Ladegeräte mit je 450 kW und 84 Depot-Ladegeräte mit je 30 kW von Heliox und versorgten eine Flotte von 100 VDL Citea SLFA Gelenkbussen mit Bus-Up-Stromabnehmern. [ 11 ] [ 12 ] Heliox führte 2018 außerdem ein Dual-Interface-System ein, das sowohl mit Fahrzeugen mit Top-Down- (J3105-1) als auch mit Bus-Up-Stromabnehmern (J3105-2) kompatibel ist. [ 13 ]

Pin and socket (J3105-3)

Two pin sizes for J3105-3

In the pin and socket ACD implementation (officially, "Enclosed Pin and Socket Connection"), a pin is inserted horizontally from a curbside charging station into a socket with a guiding funnel on the roof of the vehicle.

The pin and socket implementation was developed by Stäubli, who market it as the Quick Charging Connector (QCC).[14] QCC has been implemented on a test basis at ports in Hamburg (6 charging stations and 25 automated guided vehicles [AGV]) and Singapore (3 stations and 22 AGVs).[15] In addition, the Port of Long Beach has announced its intentions to convert an existing fleet of 33 diesel-powered tractors to battery-electric drivetrains, which will include the installation of charging stations. The quantity of charging stations, built by Tritium and fitted with the Stäubli QCC system, will be sufficient to allow all 33 tractors to be charged simultaneously.[16] The Long Beach charger installation was completed in December 2023.[17]

Rejected implementation

A fourth ACD implementation ("Infrastructure-Mounted Blade Connection" or "Blade") was part of the preliminary development, but marketing was discontinued during development of the J3105 standard and the Blade implementation was not included in the initial issue.

Blade

Proterra Catalyst and roof "scoop"
Charger shoe, positioned above "blade" contact

The blade ACD implementation ("Infrastructure-mounted Blade Connection") is similar to the cross rail implementation, as both use an overhead charging device with a passive vehicle contact. However, in the blade implementation, a funnel-like "scoop" on the roof of the bus is used to mechanically guide the charger shoe onto a "blade" charging contact at the rear roof of the bus. The blade implementation is slower to engage than the cross rail, but the docking process to mate the vehicle to the charger is more automated.

Die Rotorblattkonstruktion wurde von Proterra für seine batterieelektrischen Busse entwickelt. Proterra bot ab 2016 lizenzgebührenfreien Zugriff auf sein patentiertes Design. [ 18 ] Trotzdem wurde die Rotorblattkonstruktion von anderen Herstellern nicht übernommen, und die Rotorblattkonstruktion wurde schließlich während der Entwicklung des J3105, einige Zeit nach 2018, wieder verworfen. [ 3 ] : 26  [ 5 ] : 11 Seitdem verwendet Proterra für neuere Busse die Ladesysteme J3105-1 (Stromabnehmer unten) oder J3105-2 (Stromabnehmer oben). [ 19 ]

Anmerkungen

  1. ^ Das Laden während der Fahrt, auch bekannt als Zwischenladung, Streckenladung oder Schnellladung (Ladeleistung ab 350 kW), wird als Gelegenheitsladung bezeichnet. [ 3 ] : 34 Da der Ladevorgang während der Fahrt im Linienverkehr erfolgt, werden die Standorte für die Gelegenheitsladung anhand der Haltezeiten und des Fahrplans ausgewählt. Um die Ladezeiten zu verkürzen, werden Schnellladegeräte mit hoher Leistung eingesetzt.
  2. Das Laden im Depot (auch Basis- oder Langsamladung genannt, 50–100 kW) [ 3 ] : 34 ähnelt dem Betrieb von konventionell angetriebenen Bussen (Diesel, Erdgas oder Wasserstoff), bei denen die Betankung in Busdepots erfolgt. Das Laden im Depot kann mit geringerer Leistung durchgeführt werden, da die Busse während des Ladevorgangs erst nach mehreren Stunden wieder im Einsatz sind.

Referenzen

  1. ^ a b Shuttleworth, Jennifer (Juni 2018). „Empfohlene Vorgehensweise für leitfähiges automatisches Laden steht kurz vor dem Abschluss“ (PDF) . Automotive Engineering . Society of Automotive Engineers . Abgerufen am 6. November 2020 .
  2. ^ „SAE International veröffentlicht neue Spezifikation (SAE J3068) für das Laden von mittelschweren und schweren Elektrofahrzeugen“ (Pressemitteilung). Society of Automotive Engineering International. 26. April 2018. Abgerufen am 6. November 2020 .
  3. ^ a b c d Kosowski, Mark (22. Oktober 2019). „Transit Bus Fleet Size“ (PDF) . Electric Power Research Institute . Abgerufen am 7. November 2020 .
  4. ^ https://www.oppcharge.org/
  5. ^ a b Implementierungsbericht für batterieelektrische Busse: Vorläufige Basis und darüber hinaus (PDF) (Bericht). King County Metro. Januar 2020. Abgerufen am 7. November 2020 .
  6. ^ a b c Kosowski, Mark (12. Juni 2018). „SAE J-3105 Heavy-Duty Conductive Automatic Charging Recommended Practice“ (PDF) . Electric Power Research Institute . Abgerufen am 9. November 2020 .
  7. ^ Kosowski, Mark (10. März 2020). „SAE J-3105 Empfohlene Vorgehensweise für das automatische, leitungsgebundene Laden von Hochleistungsgeräten“ (PDF) . Electric Power Research Institute . Abgerufen am 9. November 2020 .
  8. ^ „Startseite“ . OppCharge . Abgerufen am 7. November 2020 .
  9. ^ „ABB liefert OppCharge-Schnellladegerät für Elektro-Hybridbusse nach Bertrange, Luxemburg“ (Pressemitteilung). ABB-Gruppe. 21. Dezember 2016 . Abgerufen am 9. November 2020 .
  10. ^ „New Flyer eröffnet erste OppCharge-Ladestationen in den USA“ (Pressemitteilung). New Flyer of America. 23. April 2019. Abgerufen am 9. November 2020 .
  11. ^ Kane, Mark (27. April 2018). „Heliox startet Europas größte Ladeinfrastruktur für Busse“ . Inside EVs . Archiviert vom Original am 29. November 2020. Abgerufen am 9. November 2020 .
  12. ^ „Aufladung des urbanen Lebens“ (PDF) . Heliox. 2018. Abgerufen am 9. November 2020 .
  13. ^ Kane, Mark (25. November 2018). „Heliox führt Multi-Standard-Laden für Busse in Europa ein“ . Inside EVs . Archiviert vom Original am 12. November 2020. Abgerufen am 9. November 2020 .
  14. ^ „Automatische Schnellladelösung QCC“ (PDF) . Stäubli Electrical Connectors. Archiviert vom Original (PDF) am 29. September 2020. Abgerufen am 7. November 2020 .
  15. ^ „Die Verantwortung übernehmen“ . Land Sea Air . Nr. 178. 12. März 2020. Archiviert vom Original am 16. November 2020. Abgerufen am 9. November 2020 .
  16. ^ „Stäubli kooperiert für automatisiertes Laden von Elektrofahrzeugen in der Hafenlogistik“ (Pressemitteilung). Stäubli Electrical Connectors. 22. Juli 2019. Archiviert vom Original am 19. November 2020. Abgerufen am 9. November 2020 .
  17. ^ „Stäubli und Partner schließen Nordamerikas erstes mechanisiertes großflächiges Hafenladeprogramm für Elektrofahrzeuge ab“ . Green Car Congress . 4. Dezember 2023. Abgerufen am 27. Februar 2024 .
  18. ^ „Proterra bietet der Verkehrsbranche eine einpolige Schnellladetechnologie für die Oberleitung auf lizenzkostenfreier Basis an . “ Green Car Congress . 29. Juni 2016. Abgerufen am 7. November 2020 .
  19. ^ „Einführung in die Proterra Catalyst Platform für die California Transit Association“ (PDF) . Proterra, Inc. 14. November 2019. Abgerufen am 7. November 2020 .