SAE J1772

SAE J1772，也称为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。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，标准为SAE J3400）所取代。

**历史**
Avcon连接器，是Ford Ranger EV的特征
推动SAE J1772开发的主要动力是源自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标准作为加州电动汽车充电的标准。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。
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，后来修正案在2012年通过。
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。SAE机动车委员会在2010年1月14日修改了SAE J1772 REV 2009版本。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。SAE J1772连接器是其中的Type 1，是交流单相的连接器。

**汽车设备**
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）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。唯一的差异是大部份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）**
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），其充电枪介面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。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。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。 
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。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**

**连接器**
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adj=on，其中有五个引脚，有三个不同的引脚大小，从大到小如下date=2020年9月：- 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date=2020年9月
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date=2020年9月
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。
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。

**充电**
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。
其电气额定如下： 
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（5.55 km/kWh），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 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**
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，充电电源要在电动车送出充电命令后才会提供。
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**
SAE J1772的信号协定设计如下：
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 61851-1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不需要额外的积体电路，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**
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。其中的二极体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（例如碰触到带电部份），会因此关断电流。
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。
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ampacity（电流容量）会分为连续使用及短期负载的容量。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.

**接近导引**
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。

**P1901电力线通信**
SAE在2012年的新版标准中，计划使用电力线通信（特别是IEEE 1901）作为车辆、充电站以及智慧电网之间的沟通介面，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。
P1901通讯协定可以透过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。

**相容的车款及充电系统**
在北美及日本，雪佛兰沃蓝达、日产聆风、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 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及Fiat 500e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）。
*BlinkCharging HQ100 - 家用 Level2 J1772 EVSE - 30A(7.2kW)。- BTCPower（Broadband TelCom Power），美国第一个商品化的SAE直流快充充电器。- Bosch Power Max 家用充电椿。- ClipperCreek产品，包括有CS-40、LCS-25、LCS-25p及 HCS-40。其中充电电流最大的是CS-100。
*ChargePoint CT4000 智慧充电器、缆线管理、driver服务： ChargePoint充电站网路中的CT500、CT2000、CT2100及CT2020系列。
*Eaton电动车充电站的Pow-R-Station系列。
*ECOtality Blink的家庭壁挂充电器，以及商用的独立型充电装置。
*eMotorWerks JuiceBox 开源 18 kW 75 A EVSE。
*EverCharge 交流充电装置，电压为208 - 240 Vac，电流30 A，功率7.2 kW max。
*EVSEadapters 240 V 16 A可携式Level 2 EVSE。
*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。
*GoSmart Technologies的ChargeSPOT充电装置。
*GRIDbot的UP系列充电装置。
*Hubbell PEP 充电装置。
*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。
*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。
*OpenEVSE：开源设计的EVSE.
*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网路的一部份
*Webasto 家用充电椿
*Zappi - 家用充电椿

**竞争标准**
RWE和戴姆勒汽车提出的Mennekes接头已列在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。此连接器的规范是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。第一型（SAE）、第二型（VDE）及第三型的pilot pin都使用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

**参考资料**

**外部连结**
  SAE J1772 Committeedate=20200720190310