SAE J1772 和 CCS EV充电接口标准介绍

电动汽车 （EV） 的广泛采用取决于驾驶员方便地使用公共充电站的能力，与车辆本身的成本和质量一样重要。反过来，公共网络的成功取决于采用几乎任何电动汽车都可以使用的通用充电接口。

Tesla 通过在美国各地积极部署具有自己专有接口的充电器车队1 来克服这个问题。与此同时，北美市场的其他电动汽车制造商（和充电服务）在最终采用基于 SAE J17722,3 标准的某些变体或其直流变体组合充电系统 （CCS）4 的充电接口之前，尝试了几种竞争技术（图 1）。

图1. 组合式充电系统 （CCS） 接口支持交流和直流连接。

不断发展的标准

SAE 的 J1772 标准定义了为车辆车载充电器 （OBC） 提供交流电源的 EV 导电充电系统和耦合器的物理、电气、通信协议和性能要求。随后，它将交流电转换为为电池充电所需的直流电压。

J1772 包括常用 J 插头或 Type 1 连接器的规格。自 2001 年首次采用以来，其功能和外形尺寸经历了多次升级，最终采用了“Yakazi 式”五针圆形连接器，该连接器在北美、欧洲和日本普遍使用（图 2）。

图2. SAE J1772 标准规定的连接器通常被称为“Yakazi 连接器”，指的是最初设计和制造它的公司。

在其最新版本中，J1772 支持各种功率水平的单相交流充电，从 15 A 家用插座 （1.44 kW） 提供的 120 V 连接到可提供高达 19.2 kW （80 A @ 240 V） 的硬连线 240 V 设备。 为确保安全，该标准包括一个联锁电路，可防止连接器的引脚在未插接时通电，并保持这种状态，直到车辆发出命令。

连接器引脚排列如图 3 所示。除了用于交流电源引脚（L1 和 L2）和安全接地（又名保护接地 （PE））的两个插座外，该连接器还有另外两个引脚，可实现安全充电并在车辆和充电器之间提供通信路径。

图3. 此 J1772 连接器的图纸带有标记的引脚布局，是面向插头末端的视图。

接近导频 （PP） 引脚，也称为“插头存在”，支持多种功能。它用于提醒车辆的车载充电器 （OBC） 插头的存在，并向车辆的控制系统提供信号，以便它可以在连接到充电站时抑制传动系统运动。它还连接到连接器释放按钮中的开关，该开关用于在充电完成后实际断开充电电源引脚之前启动受控关闭。

第五个引脚称为 Control Pilot （CP），用作插入后信号连接。它支持额外的安全功能以及车辆和充电站之间的两种通信方式。安全机制包括位于 CP 和 PE 引脚之间的电阻器和二极管，它通过将充电站传输的导频电压从 +12 V 降至 +9 V 来发出连续性信号。

在 CP-PE 电路激活之前，公共充电站的火线（L1 和 L2）保持其默认的非活动状态（例外是该标准允许模式 1 中的充电电流，即高达 16 A @ 120 V ac）。一旦 CP-PE 回路闭合，充电站现在就能够验证保护性接地是否存在，从而允许车辆使用 CP 和 PE 引脚之间的电阻来请求特定的充电模式（图 4）。

图4. 下表说明了 J1772 连接器的 CP-PE 回路支持的各种模式。车辆的 CP 和 PE 引脚之间存在的电阻和电压表明它是否准备好充电，以及在哪种模式下能够充电。

一旦检测到 CP-PE 连续性，充电站就开始向 CP 引脚 （±12.0 ± 0.4 V） 传输可变脉宽调制 （PWM） 1 kHz 方波，CP 引脚使用其占空比通知车辆它可以提供的最大充电电流。

例如，如果车辆看到 16% PWM 信号，充电器最大可提供 10 A 电流，25% PWM 表示最大 16 A，50% PWM 表示最高 32 A 可用电流。具有 90% PWM 的 PE 信号表示，如果车辆配备了组合充电系统 （CCS） 组合连接器，充电器也可以支持直流快速充电。下一节将讨论 CCS 的基础知识。

更高功率的选择

组合式充电系统 （CCS） 组合接口（1 型和 2 型）通过在 IEC 62196 标准5,6 中增加两个额外的引脚，用于 1 型 （SAE J1772） 和 2 型7,8 连接器，从而为直流快速充电提供支持。在当前版本中，IEC 63196 可在高达 1200 V 的电压下支持高达 350 kW 的充电速率。

CCS Type 1 连接器（图 5）是 SAE 1772 连接器的扩展，主要分布在北美和中美洲、韩国和台湾。9,10 Type 2 和 Combo 2 型连接器（本文未讨论）主要用于欧洲、南美、南非、澳大利亚、阿拉伯、印度、新加坡、台湾和香港。9 对于这两种连接器类型，两个直流触点的集成方式在机械上向后兼容适合该地区的纯交流充电站。

图5. CCS Combo 1 车辆插座为 J1772 交流充电接口增加了两个直流快速充电引脚。

尽管有几种不同类型的 CCS 连接器，但它们都使用相同的通信协议来协商和控制充电过程。CCS 接口使用两种基本类型的通信。

第一种模式称为基本信号 （BS），与 J1772 交流充电系统用于安全相关功能的 CP 触点传输的 PWM 方案相同，在交流充电的情况下，用于公布充电站的可用功率水平。组合连接器的唯一补充是该站可以传输 5% 的脉冲宽度，这表明应使用高级通信 （HLC） 协议。

HLC 协议涉及根据标准 DIN SPEC 70121 和 ISO/IEC 15118 标准11 通过 CP 触点（也称为电力线通信或 PLC）传输调制高频信号，可用于传输数字命令和信息。除了控制直流充电作外，HLC 还可用于支持其他高级服务，例如车辆到电网 （V2G） 负载共享。 

不可避免的标准之争

与几乎所有新兴技术一样，电动汽车充电并非没有成长的痛苦。就在 CCS 连接器成为北美市场广泛接受的快速充电接口时，特斯拉宣布已开放其以前专有的充电标准，供所有充电网络运营商和汽车制造商使用。12

Tesla 充电连接器和充电端口（现在称为北美充电标准 （NACS））的设计和规格文件可供下载。特斯拉表示，它正在积极与相关标准机构合作，将其充电连接器编纂为公共标准。虽然 NACS 技术确实比 CCS 技术具有一些潜在优势，但目前尚不清楚有多少制造商会接受它，以及它将对电动汽车行业产生什么样的影响。

未来的电动汽车驾驶员会发现自己从里程焦虑中解脱出来，还是不得不拖着装满充电适配器的后备箱来保持电池充满电？请继续关注以了解有关此和其他电气化发展的更多信息。