SAE J1772 和 CCS EV充電接口標準介紹

電動(dòng)汽車(chē) （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(chē)輛本身的成本和質(zhì)量一樣重要。反過(guò)來(lái)，公共網(wǎng)絡(luò )的成功取決于采用幾乎任何電動(dòng)汽車(chē)都可以使用的通用充電接口。

Tesla 通過(guò)在美國各地積極部署具有自己專(zhuān)有接口的充電器車(chē)隊1 來(lái)克服這個(gè)問(wèn)題。與此同時(shí)，北美市場(chǎng)的其他電動(dòng)汽車(chē)制造商（和充電服務(wù)）在最終采用基于 SAE J17722,3 標準的某些變體或其直流變體組合充電系統 （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 （CCS） 接口支持交流和直流連接。

不斷發(fā)展的標準

SAE 的 J1772 標準定義了為車(chē)輛車(chē)載充電器 （OBC） 提供交流電源的 EV 導電充電系統和耦合器的物理、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 連接器的規格。自 2001 年首次采用以來(lái)，其功能和外形尺寸經(jīng)歷了多次升級，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 標準規定的連接器通常被稱(chēng)為“Yakazi 連接器”，指的是最初設計和制造它的公司。

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 19.2 kW （80 A @ 240 V） 的硬連線(xiàn) 240 V 設備。 為確保安全，該標準包括一個(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(chē)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)現安全充電并在車(chē)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記的引腳布局，是面向插頭末端的視圖。

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

第五個(gè)引腳稱(chēng)為 Control Pilot （CP），用作插入后信號連接。它支持額外的安全功能以及車(chē)輛和充電站之間的兩種通信方式。安全機制包括位于 CP 和 PE 引腳之間的電阻器和二極管，它通過(guò)將充電站傳輸的導頻電壓從 +12 V 降至 +9 V 來(lái)發(fā)出連續性信號。

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

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

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

例如，如果車(chē)輛看到 16% PWM 信號，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 信號表示，如果車(chē)輛配備了組合充電系統 （CCS） 組合連接器，充電器也可以支持直流快速充電。下一節將討論 CCS 的基礎知識。

更高功率的選擇

組合式充電系統 （CCS） 組合接口（1 型和 2 型）通過(guò)在 IEC 62196 標準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。在當前版本中，IEC 63196 可在高達 1200 V 的電壓下支持高達 350 kW 的充電速率。

CCS Type 1 連接器（圖 5）是 SAE 1772 連接器的擴展，主要分布在北美和中美洲、韓國和臺灣。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、臺灣和香港。9 對于這兩種連接器類(lèi)型，兩個(gè)直流觸點(diǎn)的集成方式在機械上向后兼容適合該地區的純交流充電站。

圖5. CCS Combo 1 車(chē)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(lèi)型的 CCS 連接器，但它們都使用相同的通信協(xié)議來(lái)協(xié)商和控制充電過(guò)程。CCS 接口使用兩種基本類(lèi)型的通信。

第一種模式稱(chēng)為基本信號 （BS），與 J1772 交流充電系統用于安全相關(guān)功能的 CP 觸點(diǎn)傳輸的 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充是該站可以傳輸 5% 的脈沖寬度，這表明應使用高級通信 （HLC） 協(xié)議。

HLC 協(xié)議涉及根據標準 DIN SPEC 70121 和 ISO/IEC 15118 標準11 通過(guò) CP 觸點(diǎn)（也稱(chēng)為電力線(xiàn)通信或 PLC）傳輸調制高頻信號，可用于傳輸數字命令和信息。除了控制直流充電作外，HLC 還可用于支持其他高級服務(wù)，例如車(chē)輛到電網(wǎng) （V2G） 負載共享。 

不可避免的標準之爭

與幾乎所有新興技術(shù)一樣，電動(dòng)汽車(chē)充電并非沒(méi)有成長(cháng)的痛苦。就在 CCS 連接器成為北美市場(chǎng)廣泛接受的快速充電接口時(shí)，特斯拉宣布已開(kāi)放其以前專(zhuān)有的充電標準，供所有充電網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商和汽車(chē)制造商使用。12

Tesla 充電連接器和充電端口（現在稱(chēng)為北美充電標準 （NACS））的設計和規格文件可供下載。特斯拉表示，它正在積極與相關(guān)標準機構合作，將其充電連接器編纂為公共標準。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(chē)行業(yè)產(chǎn)生什么樣的影響。

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