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SAE J1772

SAE J1772，也称为IEC 62196-2 Type 1（英语：IEC 62196#IEC 62196-2） 第一型（简称Type 1）或J plug，是北美洲的电动汽车电子连接器标准，由国际汽车工程师学会所维护，正式名称为SAE Surface Vehicle Recommended Practice J1772, SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler[1]。其中包括了电动汽车传导充电系统及车辆端耦合器的物理特性、电子特性、通讯协定以及性能需求。其目的是定义通用的电动汽车传导充电系统架构，包括对车辆端插座及配对连接器的一般性需求、机能需求以及尺寸要求。在北美地区已逐渐被北美充电标准（NACS）所取代。

SAE J1772
SAE J1772-2009电动载具连接器
类别 汽车产业电子连接器
产品历史
制造商 矢崎总业等
制造时间 2009年
一般规格
长度 33.5毫米（1.32英寸）
直径 43.8毫米（1.72英寸）
引脚 5
电力
信号 单相交流电
数据
数据信号 SAE J1772#信号：电阻式/脉宽调变
引脚输出
CCS Combo 1 的引脚排列，从插头末端看（连接到 EVSE 线）
L1 1号线 交流单相
N 中性线 交流单相
CP 控制导引 充电枪插入后讯号
PP 接近导引 充电枪插入前讯号
PE 保护接地 接地
CCS Combo 1在下方增加二个大电流的直流端子

历史 编辑

 
较早期的Avcon（英语：Avcon）连接器，是Ford Ranger EV（英语：Ford Ranger EV）的特征

推动SAE J1772开发的主要动力是源自加州空气资源局（英语：California Air Resources Board）（CARB）。以往的电动车（例如EV1）是由感应式耦合器来进行充电。但后来不建议使用，有利于推动传导式（英语：conductive coupling）的汽车充电，而后来加州空气资源局也在2001年6月订定了SAE J1772-2001标准 [2]作为加州电动汽车充电的标准[3]。Avcon（英语：Avcon）制造了长方形的接头，符合SAE J1772 REV NOV 2001规范，传输的电功率可以到6.6 kW[4][5]。

2001年的CARB规范强制2006年起，生产的车要导入J1772-2001规范。之后的需求中需要输送的电流超过Avcon连接器可以输送的电流。因此Yazaki提出了新的连接器设计，在单相120–240 V交流电以下，其输出功率可以到19.2 kW，电流最大可到80A。CARB在2008年针对Title 13 section 1962.2提出修正草案，强制2010年起上市的车款，都要使用之后提出的SAE J1772标准[6]，后来修正案在2012年通过[7]。

 
Type 1 J1772（日本及美国）交流连接器

依照SAE J1772连接器标准所设计的Yazaki连接器，后来成功的通过UL实验室的验证。之后SAE委员会在2009年7月投票通过此一标准[8]。SAE机动车委员会在2010年1月14日修改了SAE J1772 REV 2009版本[9]。支持2009年修正版本的汽车公司有司麦特汽车、克莱斯勒集团、通用汽车、福特汽车、丰田汽车、本田技研工业、日产汽车及特斯拉公司。

国际性的IEC 62196-2（英语：IEC 62196）标准（Part 2: Dimensional compatibility and interchangeability requirements for a.c. pin and contact-tube accessories）已投票通过，将SAE J1772-2009连接器标准加入了规范中[10]。SAE J1772连接器是其中的Type 1，是交流单相的连接器[11]。

汽车设备 编辑

许多2000年以后的电动车厂采用SAE J1772-2009标准，例如雪佛兰沃蓝达及日产聆风的第三代，以及较早期的车款。此连接器已成为美国市场标准设备，主要是因为美国电动汽车网络（英语：Electric vehicle network）中有许多有这种接头的充电站（《美国经济复苏与再投资法案》中有针对像ChargePoint America之类的计划进行补助，这也有一些帮助）。

欧洲版车辆原来也是配备SAE J1772-2009接头，后来欧系车厂才决定使用IEC 62196-2 Type 2（VDE-AR-E 2623-2-2（英语：VDE-AR-E 2623-2-2））接头为标准接头，而所有IEC接头都使用同一种SAE J1772通信协定，因此车厂可以依市场需要，贩售有SAE J1772-2009接头或是IEC 62196-2 Type 2接头的车辆。市面上也有这二种接头的转换器。唯一的差异是大部分的欧洲会有可以接三相交流电的车载充电器，其电压及电流限制都较高，即使是相同的入门车款（例如雪佛兰沃蓝达 / Opel Ampera）也是如此。

组合充电系统（CCS） 编辑

 
CCS Type 1的交流及直流快充接头（Combo 1）

国际汽车工程师学会（SAE）开发组合充电系统（Combined Charging System，CCS），其充电枪界面Combo Coupler是以J1772-2009连接器为主，再加上额外的针脚（Combo 1）来配合直流200–450伏的直流快速充电，功率可以到90 kW。其中也可以用PLC（电力线通信）技术，让车辆、车外充电器及智能电网之间进行通讯[12]。有七家车厂（奥迪、BMW、Daimler、福特、通用汽车、现代汽车、保时捷、Volvo及福斯汽车）同意在2012年中导入组合充电系统[13]。第一部使用SAE Combo插座的车辆是2013年下半年推出的宝马i3，之后则是雪佛兰在2014年推出的Spark EV[14]。

欧洲的combo coupler是以第二型（VDE）交流充电接头（Combo 2）为主，维持SAE有关直流充电以及HomePlug电力线通讯规范的完整相容性[15]。Tesla在2019年推出Model 3，在欧洲使用Combo 2接头，但没有配合Combo 1在美国一起导入。

组合充电系统所使用技术虽是“电力线通信”，但相关的信号（包括HomePlug）不是在电力线上，而是在一般的信号线上。

特性 编辑

连接器 编辑

J1772-2009连接器是为用在北美及日本， 120 V 或 240 V 的单相电源系统设计。圆形接头直径43-毫米（1.7-英寸），其中有五个引脚，有三个不同的引脚大小，从大到小如下[来源请求]：

  • 交流线1及交流线2
  • 接地
  • 接近检测（Proximity detection）以及控制导引（control pilot）

接近检测（Proximity detection）会提供信号给电动车控制系统，在接到充电系统（充电桩）时让车辆不要移动，并且向车辆送出闩锁释放讯号[来源请求]

控制导引（control pilot）是车辆和充电桩之间的充电控制通讯信号，由电动车控制，来启始充电过程，也提供其他资讯[来源请求]

充电桩会在控制导引脚产生±12 V，1 kHz的方波，侦测是否有连接到车辆，和电动车针对最大允许充电电流、开始充电及结束充电进行通讯[16]。

连接器设计可以插拔10,000次（一次是代表插入及拔下连接器各一次），若每天插拔1次，连接器可以使用超过27年[17]。

充电 编辑

2017年10月版本的SAE J1772标准，定义了四种充电等级：AC Level 1、AC Level 2、DC Level 1及DC Level 2[18]。 其电气额定如下：

充电方式 电压（AC V） 相数 最大电流（电流） 分支电流
断路器额定（A） 		最大功率（kW）
AC Level 1 120 单相 12 15（最小值） 1.44
16 20 1.92
AC Level 2 208至240 单相 ≤ 80 依NEC 625 最大到19.2
充电方式 充电桩直流输出电压（DC V） 最大电流（A） 最大功率（kW）
DC Level 1 50至1000 80 80
DC Level 2 50至1000 400 400

在SAE J1772标准的附录M有提到，有考虑过第三种交流充电方式，但没有实施过，该方式称为AC Level 3，可以提供的最大功率为6 kW，标称电压为208至240 V，最大电流400A。没有DC Level 3充电方式的相关资讯。

例如2020年的Chevrolet Bolt有66-kWh的锂离子电池以及7.2-kW的车载充电器，EPA里程为259英里（417公里），能源效率为118MPGe（英语：Miles per gallon gasoline equivalent）（5.55 km/kWh）[19]，可以用AC Level 1（120 V, 12 A）的充电器，充电一小时可以多行驶4英哩（6 km）的里程，或是用AC Level 2（240 V, 32 A）的充电单元，充电一小时可以多行驶，充电一小时增加25英哩（40.2 km）的里程。若是用直流快充的充电器，半小时就可以充电55 kW，多行驶90英哩（144 km）的里程。

有些电动车的规格超过J1772，在120 V充电时可以超过16A的电流。这在TT-30（"Travel Trailer" - 120 V, 30 A）普遍使用的RV park（英语：RV parks）中是优势。这可以充电到24A。不过120V下的这种电流规格未列在J1772中。

特斯拉汽车支援J1772的一种规格扩展，就是277V的Level 2充电。就像208 V一样，277 V常用在北美商用的三相电电路中。

安全性 编辑

J1772标准中有许多层级的振动保护、就算在潮湿的环境下也可以保证充电安全。在接头接好之后，其引脚是和连接器内部隔离的，避免直接接触到引脚。在接头没有接的时候，J1772连接器上没有大功率的电压输出[20]，充电电源要在电动车送出充电命令后才会提供[21]。

其接地引脚在连接连接器时会最早连接，拔下连接器时会最后脱离。若连接器接在车辆的充电座上，正在充电，而连接器移除了，较短的控制导引脚会先断路，让充电椿的继电器先开路，使电流不会经由J1772接头往外流。这可以避免电源引脚短路，增加其寿命。接近检测脚也会接到开关上，当车辆拔除连接器的按钮按下时，会触发此开关。这会让接近检测脚的电阻增加，让车载充电器停止抽取电流。

信号 编辑

SAE J1772的信号协定设计如下[21]：

 
J1772电路
  • 充电设备送出有AC输入电源的信号。
  • 车辆可以透过接近检测（Proximity detection）线路侦测到充电枪插入（因此车辆无法在有接线时开离充电设备），也可以侦测到按下充电口门闩，要拔离充电枪的动作。
  • 控制导引（control pilot）机能开始动作
    • 充电设备检测到有充电式电动车辆（PEV）
    • 充电设备送出充电设备已可以提供电力的讯号，给充电式电动车辆。
    • 确认充电式电动车辆的送风需求
    • 充电设备的电力会提供给电动车辆
  • 充电式电动车辆控制能量的流动
  • 充电设备和充电式电动车辆会持续监控安全接地的完整性
  • 依充电式电动车辆的需求，持续提供电力
  • 若充电式电动车辆上充电枪拔下，就会中断充电过程

技术规范最早是列在SAE J1772的2001年版本中，之后也出现在IEC 61851（英语：IEC 61851）-1及IEC TS 62763:2013里。充电站会在接近检测（Proximity detection）及 控制导引（control pilot）提供12V，并量测其电压差。这个通讯协定和其他的充电协定不同，SAE J1772不需要额外的集成电路，因此使这个通讯协定具有强健性，在−40 °C到 +85 °C的温度范围都可以运作。

控制导引 编辑

充电设备会在控制导引（Control Pilot）端子上送1 kHz的方波，此电路会在车辆端透过电阻器及二极管（电压范围±12.0±0.4 V）接到保护地。若CP-PE（接地系统）电路开路，充电设备的火线不会有电压。若电路有导通，充电设备也会确认接地系统是否功能正常。车辆可以用设定电阻的方式来请求充电：没有充电的车辆使用2.7 kΩ，和mode 3相容的电阻，表示有侦测到车辆。若切换到880 Ω的电阻，表示车辆已预备好可以充电，若切换到240 Ω，表示车辆提出在充电时“需要空调”（with ventilation）。

在SAE J1772:2001中，控制导引线的电路范例可以看出CP-PE在车辆端接有2.74 kΩ的电阻，因此当和充电系统相连接时，电压会从+12 V降到+9 V，也会启动信号产生电路。车辆会再并联1.3 kΩ电阻，使电压降到+6 V，请求充电，或是并联270 Ω电阻，使电压降到+3 V，请求通风。因此充电设备的反应都是由侦测CP-PE的电压，然后再依电压反应[22]。其中的二极管使电压降只出现在正电压范围，CP-PE若有负电压，会视为是重大故障（例如碰触到带电部分），会因此关断电流。

状态 充电状态 CP-PE电阻 R2电阻 CP-PE电压
状态A 待机（Standby） 开路，或∞ Ω +12 V
状态B 侦测到车辆 2740 Ω +9±1 V
状态C 预备充电 882 Ω 1300 Ω +6±1 V
状态D 需要空调（With ventilation） 246 Ω 270 Ω +3±1 V
状态E 无电源（电路切断） 0 V
状态F 错误 −12 V

充电设备也会用脉冲宽度调变（PWM）波形来表示充电设备可以提供的最大电流：16% PWM表示最大电流10 A，25% PWM表示最大电流16 A，50% PWM是最大电流32 A，90% PWM是快速充电的选项[23]。

1 kHz CP信号的PWM任务比表示最大允许电流。依照SAE的规定，最大允许电流需考虑接头输出、线材以及车辆的输入接头。美国的载流量（英语：ampacity）（电流容量）会分为连续使用及短期负载的容量[23]。SAE定义的载流量是依公式产生，公式是依1 ms周期（1 kHz信号），其周期内导通时间小于640µs时，其最大连续电流为0.6 A每 10µs到每 850µs（最小值是100 µs x .6 A = 6 A)。若超过850µs，公式会将导通时间减去640µs，再乘以2.5。例如(960 µs - 640 µs) x 2.5A = 80 A.[22]

PWM任务比和载流量[23]
PWM SAE连续电流 SAE短期负载
50% 30 A 峰值36 A
40% 24 A 峰值30 A
30% 18 A 峰值22 A
25% 15 A 峰值20 A
16% 9.6 A
10% 6 A

接近导引 编辑

接近导引（Proximity Pilot），简称为PP，也称为plug present，在SAE J1772范例中，是用开关S3描述，是以机械的方式连接到连接器闸锁释放的致动器。在充电时，充电桩的S3短路，PP-PE会连接150 Ω的电阻R6。在闸锁释放时，充电桩的S3断路，PP-PE会加上330 Ω的电阻R7，因此线上的电压会有电压降，让电动车在充电枪拔出之前可以提早关闭充电机能。不过许多低阶的电源转换器电接线不提供用PP线侦测连接器闸锁状态的机能。

依照IEC 62196，PP脚也可以说明充电缆线的容量。

其中的电阻可以说明充电缆线的最大容量。充电桩若侦测到其电流超过充电缆线的最大容量，会中断充电，电流是由Rc来侦测，其值定义如下

Rc是在PP和PE之间的电阻。

充电缆线的最大电流 +/- 3%误差下的Rc标称值 充电桩会读到的Rc值范围
13 A 1.5 kΩ / 0,5 W 1 k Ω - 2.7 kΩ
20 A 680 Ω / 0,5 W 330 Ω 330 Ω – 1 kΩ
32 A 220 Ω / 0,5 W 150 Ω 150 Ω - 330 Ω

[24]

P1901电力线通信 编辑

SAE在2012年的新版标准中，计划使用电力线通信（特别是IEEE 1901（英语：IEEE 1901））作为车辆、充电站以及智慧电网之间的沟通界面，不需要额外的接脚。SAE和IEEE标准协会已分享其有关智慧电网以及车辆电子化的标准草案[25]。

P1901通讯协定可以透过IEEE 1905（英语：IEEE 1905）标准和其他802.x标准相容，允许用其他和IP为基础的协定向电表、车辆、电力公司，以及充电设备所在的大楼通讯。P1905也包括无线通讯。目前已看到DC充电设备和电动车辆的SAE J1772通讯是透过HomePlug电力线通信（PLC）来实现[26][27][28]。

相容的车款及充电系统 编辑

在北美及日本，雪佛兰沃蓝达[29]、日产聆风[30]、三菱iMiEV电动汽车、三菱的PHEV、Chrysler Pacifica Hybrid、丰田Prius的插电式混合动力车、Smart电动车（英语：Smart electric drive）、福特Focus EV、福特Fusion Energi、本田Clarity（纯电动车及插电式混合动力车）、Kia Soul EV（英语：Kia Soul EV）及Fiat 500e（英语：Fiat 500 (2007)）都有120V的充电座，可以将120 V电源线接头接到J1772充电座上。若是一些家用电源是220-230 V的国家，车上的EVSE充电座多半是level 2的充电座，可以接家用的电源，不过其充电电流会比专用充电站的充电电流要小。

和SAE J1772-2009相容的产品如下：

  • ABB Lunic B, B+, Pro S, Pro M，有SAE J1772，功率到4.6 kW。
  • BlinkCharging IQ200 - 商用 Level2 J1772 EVSE - 可以设定充电电流，最大可到80安培（19.2kW）[31]。
  • BlinkCharging HQ100 - 家用 Level2 J1772 EVSE - 30A(7.2kW)[32]。
  • BTCPower（Broadband TelCom Power），美国第一个商品化的SAE直流快充充电器[33][34]。
  • Bosch Power Max 家用充电椿。
  • ClipperCreek产品，包括有CS-40[35]、LCS-25[36]、LCS-25p[37]及 HCS-40[38]。其中充电电流最大的是CS-100[39]。
  • ChargePoint CT4000 智慧充电器、缆线管理、driver服务： ChargePoint充电站网络中的CT500、CT2000、CT2100及CT2020系列[40]。
  • Eaton电动车充电站的Pow-R-Station系列[41]。
  • ECOtality Blink的家庭壁挂充电器，以及商用的独立型充电装置[42][43]。
  • eMotorWerks JuiceBox 开源 18 kW 75 A EVSE[44]。
  • EverCharge 交流充电装置，电压为208 - 240 Vac，电流30 A，功率7.2 kW max[45][46]。
  • EVSEadapters 240 V 16 A便携式Level 2 EVSE[47]。
  • EVoCharge – 伸缩卷轴的EVSE，可以支援住家、商用及工厂用。
  • 通用电气的Wattstation，最早在2011年问世[48]。
  • GoSmart Technologies的ChargeSPOT充电装置。
  • GRIDbot的UP系列充电装置。
  • Hubbell PEP 充电装置[49]。
  • Leviton家用充电装置，有不同的功率等级，有独立的转接线，可以接到NEMA 6 240 V的接头[50]。
  • 西门子公司的VersiCharge，是低成本的家用、半公用 level 2 电动车充电装置。
  • SemaConnect ChargePro 充电装置。
  • TucsonEV - J1772 配接盒、J1772 延长线、公母接头（有带线或没有带线的）。J1772相容的EVSE，电压电流为240 V/30 A。Zero Motorcycle转接到J1772的转接器、Tesla UMC到J1772的转换器、30A及40A电动车的延长线，有经UL认证。
  • Circontrol的Circarlife产品，包括电动车充电的基础装置，以及J1772标准的立柱及壁挂单元[51]。
  • OpenEVSE（英语：OpenEVSE）：开源设计的EVSE.
  • 智慧EVSE计划（英语：Smart EVSE project）:开源设计的EVSE，有多充电装置的电流均流。
  • Vega eStation Level-2 充电站。是斯里兰卡chargeNET网络的一部分
  • Webasto 家用充电椿[52]
  • Zappi - 家用充电椿[53]

竞争标准 编辑

RWE和戴姆勒汽车提出的Mennekes接头已列在IEC 62196（英语：IEC 62196）的第二型（IEC 62196 Type 2），其中包括交流单相以及交流三相的连接器[11][54]。此连接器的规范是VDE-AR-E 2623-2-2（英语：VDE-AR-E 2623-2-2）标准。连接器最多可以提供三相63 A（若在中欧，电压为400 V）,因此最大功率是63 A × 400 V × √3 = 43.6 kW。另外IEC 62196-2标准有Type 3连接器，有单相及三相连接器以及shutters[11]。第一型（SAE）、第二型（VDE）及第三型的pilot pin都使用IEC 61851（英语：IEC 61851）-1的标准。

东京电力也有用JARI直流连接器发展了车用高压直流快速充器的规格，和三菱汽车、日产汽车及速霸陆汽车成立了CHAdeMO（charge de move）联盟，推动此规格[55]

参考资料 编辑

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外部链接 编辑

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