SAE J1772 和 CCS EV充電接口標(biāo)準(zhǔn)介紹

電動(dòng)汽車 （EV） 的廣泛采用取決于駕駛員方便地使用公共充電站的能力，與車輛本身的成本和質(zhì)量一樣重要。反過來，公共網(wǎng)絡(luò)的成功取決于采用幾乎任何電動(dòng)汽車都可以使用的通用充電接口。

Tesla 通過在美國各地積極部署具有自己專有接口的充電器車隊(duì)1 來克服這個(gè)問題。與此同時(shí)，北美市場的其他電動(dòng)汽車制造商（和充電服務(wù)）在最終采用基于 SAE J17722,3 標(biāo)準(zhǔn)的某些變體或其直流變體組合充電系統(tǒng) （CCS）4 的充電接口之前，嘗試了幾種競爭技術(shù)（圖 1）。

圖1. 組合式充電系統(tǒng) （CCS） 接口支持交流和直流連接。

不斷發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)

SAE 的 J1772 標(biāo)準(zhǔn)定義了為車輛車載充電器 （OBC） 提供交流電源的 EV 導(dǎo)電充電系統(tǒng)和耦合器的物理、電氣、通信協(xié)議和性能要求。隨后，它將交流電轉(zhuǎn)換為為電池充電所需的直流電壓。

J1772 包括常用 J 插頭或 Type 1 連接器的規(guī)格。自 2001 年首次采用以來，其功能和外形尺寸經(jīng)歷了多次升級(jí)，最終采用了“Yakazi 式”五針圓形連接器，該連接器在北美、歐洲和日本普遍使用（圖 2）。

圖2. SAE J1772 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的連接器通常被稱為“Yakazi 連接器”，指的是最初設(shè)計(jì)和制造它的公司。

在其最新版本中，J1772 支持各種功率水平的單相交流充電，從 15 A 家用插座 （1.44 kW） 提供的 120 V 連接到可提供高達(dá) 19.2 kW （80 A @ 240 V） 的硬連線 240 V 設(shè)備。 為確保安全，該標(biāo)準(zhǔn)包括一個(gè)聯(lián)鎖電路，可防止連接器的引腳在未插接時(shí)通電，并保持這種狀態(tài)，直到車輛發(fā)出命令。

連接器引腳排列如圖 3 所示。除了用于交流電源引腳（L1 和 L2）和安全接地（又名保護(hù)接地 （PE））的兩個(gè)插座外，該連接器還有另外兩個(gè)引腳，可實(shí)現(xiàn)安全充電并在車輛和充電器之間提供通信路徑。

圖3. 此 J1772 連接器的圖紙帶有標(biāo)記的引腳布局，是面向插頭末端的視圖。

接近導(dǎo)頻 （PP） 引腳，也稱為“插頭存在”，支持多種功能。它用于提醒車輛的車載充電器 （OBC） 插頭的存在，并向車輛的控制系統(tǒng)提供信號(hào)，以便它可以在連接到充電站時(shí)抑制傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。它還連接到連接器釋放按鈕中的開關(guān)，該開關(guān)用于在充電完成后實(shí)際斷開充電電源引腳之前啟動(dòng)受控關(guān)閉。

第五個(gè)引腳稱為 Control Pilot （CP），用作插入后信號(hào)連接。它支持額外的安全功能以及車輛和充電站之間的兩種通信方式。安全機(jī)制包括位于 CP 和 PE 引腳之間的電阻器和二極管，它通過將充電站傳輸?shù)膶?dǎo)頻電壓從 +12 V 降至 +9 V 來發(fā)出連續(xù)性信號(hào)。

在 CP-PE 電路激活之前，公共充電站的火線（L1 和 L2）保持其默認(rèn)的非活動(dòng)狀態(tài)（例外是該標(biāo)準(zhǔn)允許模式 1 中的充電電流，即高達(dá) 16 A @ 120 V ac）。一旦 CP-PE 回路閉合，充電站現(xiàn)在就能夠驗(yàn)證保護(hù)性接地是否存在，從而允許車輛使用 CP 和 PE 引腳之間的電阻來請求特定的充電模式（圖 4）。

圖4. 下表說明了 J1772 連接器的 CP-PE 回路支持的各種模式。車輛的 CP 和 PE 引腳之間存在的電阻和電壓表明它是否準(zhǔn)備好充電，以及在哪種模式下能夠充電。

一旦檢測到 CP-PE 連續(xù)性，充電站就開始向 CP 引腳 （±12.0 ± 0.4 V） 傳輸可變脈寬調(diào)制 （PWM） 1 kHz 方波，CP 引腳使用其占空比通知車輛它可以提供的最大充電電流。

例如，如果車輛看到 16% PWM 信號(hào)，充電器最大可提供 10 A 電流，25% PWM 表示最大 16 A，50% PWM 表示最高 32 A 可用電流。具有 90% PWM 的 PE 信號(hào)表示，如果車輛配備了組合充電系統(tǒng) （CCS） 組合連接器，充電器也可以支持直流快速充電。下一節(jié)將討論 CCS 的基礎(chǔ)知識(shí)。

更高功率的選擇

組合式充電系統(tǒng) （CCS） 組合接口（1 型和 2 型）通過在 IEC 62196 標(biāo)準(zhǔn)5,6 中增加兩個(gè)額外的引腳，用于 1 型 （SAE J1772） 和 2 型7,8 連接器，從而為直流快速充電提供支持。在當(dāng)前版本中，IEC 63196 可在高達(dá) 1200 V 的電壓下支持高達(dá) 350 kW 的充電速率。

CCS Type 1 連接器（圖 5）是 SAE 1772 連接器的擴(kuò)展，主要分布在北美和中美洲、韓國和臺(tái)灣。9,10 Type 2 和 Combo 2 型連接器（本文未討論）主要用于歐洲、南美、南非、澳大利亞、阿拉伯、印度、新加坡、臺(tái)灣和香港。9 對于這兩種連接器類型，兩個(gè)直流觸點(diǎn)的集成方式在機(jī)械上向后兼容適合該地區(qū)的純交流充電站。

圖5. CCS Combo 1 車輛插座為 J1772 交流充電接口增加了兩個(gè)直流快速充電引腳。

盡管有幾種不同類型的 CCS 連接器，但它們都使用相同的通信協(xié)議來協(xié)商和控制充電過程。CCS 接口使用兩種基本類型的通信。

第一種模式稱為基本信號(hào) （BS），與 J1772 交流充電系統(tǒng)用于安全相關(guān)功能的 CP 觸點(diǎn)傳輸?shù)?PWM 方案相同，在交流充電的情況下，用于公布充電站的可用功率水平。組合連接器的唯一補(bǔ)充是該站可以傳輸 5% 的脈沖寬度，這表明應(yīng)使用高級(jí)通信 （HLC） 協(xié)議。

HLC 協(xié)議涉及根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) DIN SPEC 70121 和 ISO/IEC 15118 標(biāo)準(zhǔn)11 通過 CP 觸點(diǎn)（也稱為電力線通信或 PLC）傳輸調(diào)制高頻信號(hào)，可用于傳輸數(shù)字命令和信息。除了控制直流充電作外，HLC 還可用于支持其他高級(jí)服務(wù)，例如車輛到電網(wǎng) （V2G） 負(fù)載共享。 

不可避免的標(biāo)準(zhǔn)之爭

與幾乎所有新興技術(shù)一樣，電動(dòng)汽車充電并非沒有成長的痛苦。就在 CCS 連接器成為北美市場廣泛接受的快速充電接口時(shí)，特斯拉宣布已開放其以前專有的充電標(biāo)準(zhǔn)，供所有充電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和汽車制造商使用。12

Tesla 充電連接器和充電端口（現(xiàn)在稱為北美充電標(biāo)準(zhǔn) （NACS））的設(shè)計(jì)和規(guī)格文件可供下載。特斯拉表示，它正在積極與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)合作，將其充電連接器編纂為公共標(biāo)準(zhǔn)。雖然 NACS 技術(shù)確實(shí)比 CCS 技術(shù)具有一些潛在優(yōu)勢，但目前尚不清楚有多少制造商會(huì)接受它，以及它將對電動(dòng)汽車行業(yè)產(chǎn)生什么樣的影響。

未來的電動(dòng)汽車駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)自己從里程焦慮中解脫出來，還是不得不拖著裝滿充電適配器的后備箱來保持電池充滿電？請繼續(xù)關(guān)注以了解有關(guān)此和其他電氣化發(fā)展的更多信息。