SAE_J1772通信協定

**SAE J1772**，也稱為 **IEC 62196-2 Type 1** 第一型（簡稱 **Type 1**）或 **J plug**，是北美洲的電動汽車電子連接器標準，由國際汽車工程師學會所維護，正式名稱為 SAE Surface Vehicle Recommended Practice J1772, SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler。其中包括了電動汽車傳導充電系統及車輛端耦合器的物理特性、電子特性、通訊協定以及性能需求。其目的是定義通用的電動汽車傳導充電系統架構，包括對車輛端插座及配對連接器的一般性需求、機能需求以及尺寸要求。

## 歷史

推動 SAE J1772 開發的主要動力是源自加州空氣資源局（CARB）。以往的電動車（例如 EV1）是由感應式耦合器來進行充電。但後來不建議使用，有利於推動傳導式的汽車充電，而後來加州空氣資源局也在 2001 年 6 月訂定了 SAE J1772-2001 標準 作為加州電動汽車充電的標準。Avcon 製造了長方形的接頭，符合 SAE J1772 REV NOV 2001 規範，傳輸的電功率可以到 6.6 kW。

2001 年的 CARB 規範強制 2006 年起，生產的車要導入 J1772-2001 規範。之後的需求中需要輸送的電流超過 Avcon 連接器可以輸送的電流。因此 Yazaki 提出了新的連接器設計，在單相 120–240 V 交流電以下，其輸出功率可以到 19.2 kW，電流最大可到 80A。CARB 在 2008 年針對 Title 13 section 1962.2 提出修正草案，強制 2010 年起上市的車款，都要使用之後提出的 SAE J1772 標準，後來修正案在 2012 年通過。

依照 SAE J1772 連接器標準所設計的 Yazaki 連接器，後來成功的通過 UL 實驗室的驗證。之後 SAE 委員會在 2009 年 7 月投票通過此一標準。SAE 機動車委員會在 2010 年 1 月 14 日修改了 SAE J1772 REV 2009 版本。支持 2009 年修正版本的汽車公司有司麥特汽車、克萊斯勒集團、通用汽車、福特汽車、豐田汽車、本田技研工業、日產汽車及特斯拉公司。

國際性的 IEC 62196-2 標準（Part 2: Dimensional compatibility and interchangeability requirements for a.c. pin and contact-tube accessories）已投票通過，將 SAE J1772-2009 連接器標準加入了規範中。SAE J1772 連接器是其中的 Type 1，是交流單相的連接器。

### 汽車設備

許多 2000 年以後的電動車廠採用 SAE J1772-2009 標準，例如雪佛蘭沃藍達及日產聆風的第三代，以及較早期的車款。此連接器已成為美國市場標準設備，主要是因為美國電動汽車網絡中有許多有這種接頭的充電站（《美國經濟復甦與再投資法案》中有針對像 ChargePoint America 之類的計劃進行補助，這也有一些幫助）。

歐洲版車輛原來也是配備 SAE J1772-2009 接頭，後來歐系車廠才決定使用 IEC 62196-2 Type 2（VDE-AR-E 2623-2-2）接頭為標準接頭，而所有 IEC 接頭都使用同一種 SAE J1772 通信協定，因此車廠可以依市場需要，販售有 SAE J1772-2009 接頭或是 IEC 62196-2 Type 2 接頭的車輛。市面上也有這二種接頭的轉換器。唯一的差異是大部份的歐洲會有可以接三相交流電的車載充電器，其電壓及電流限制都較高，即使是相同的入門車款（例如雪佛蘭沃藍達 / Opel Ampera）也是如此。

### 組合充電系統（CCS）

國際汽車工程師學會（SAE）開發組合充電系統（Combined Charging System，CCS），其充電槍介面 Combo Coupler 是以 J1772-2009 連接器為主，再加上額外的針腳（Combo 1）來配合直流 200–450 伏的直流快速充電，功率可以到 90 kW。其中也可以用 PLC（電力線通信）技術，讓車輛、車外充電器及智能電網之間進行通訊。有七家車廠（奧迪、BMW、Daimler、福特、通用汽車、現代汽車、保時捷、Volvo 及福斯汽車）同意在 2012 年中導入組合充電系統。第一部使用 SAE Combo 插座的車輛是 2013 年下半年推出的寶馬 i3，之後則是雪佛蘭在 2014 年推出的 Spark EV。

歐洲的 combo coupler 是以第二型（VDE）交流充電接頭（Combo 2）為主，維持 SAE 有關直流充電以及 HomePlug 電力線通訊規範的完整相容性。Tesla 在 2019 年推出 Model 3，在歐洲使用 Combo 2 接頭，但沒有配合 Combo 1 在美國一起導入。

組合充電系統所使用技術雖是「電力線通信」，但相關的信號（包括 HomePlug）不是在電力線上，而是在一般的信號線上。

## 特性

### 連接器

J1772-2009 連接器是為用在北美及日本， 120 V 或 240 V 的單相電源系統設計。圓形接頭直徑 43 - 公釐（1.7 - 英寸），其中有五個引腳，有三個不同的引腳大小，從大到小如下：

* 交流線 1 及交流線 2
* 接地
* 接近檢測（Proximity detection）以及控制導引（control pilot）

接近檢測（Proximity detection）會提供信號給電動車控制系統，在接到充電系統（充電樁）時讓車輛不要移勳，並且向車輛送出閂鎖釋放訊號

控制導引（control pilot）是車輛和充電樁之間的充電控制通訊信號，由電動車控制，來啟始充電過程，也提供其他資訊

充電樁會在控制導引腳產生 ±12 V，1 kHz 的方波，偵測是否有連接到車輛，和電動車針對最大允許充電電流、開始充電及結束充電進行通訊。

連接器設計可以插拔 10,000 次（一次是代表插入及拔下連接器各一次），若每天插拔 1 次，連接器可以使用超過 27 年。

### 充電

2017 年 10 月版本的 SAE J1772 標準，定義了四種充電等級：AC Level 1、AC Level 2、DC Level 1 及 DC Level 2。
其電氣額定如下：

在 SAE J1772 標準的附錄 M 有提到，有考慮過第三種交流充電方式，但沒有實施過，該方式稱為 AC Level 3，可以提供的最大功率為 6 kW，標稱電壓為 208 至 240 V，最大電流 400A。沒有 DC Level 3 充電方式的相關資訊。

例如 2020 年的 Chevrolet Bolt 有 66-kWh 的鋰離子電池以及 7.2-kW 的車載充電器，EPA 里程為 259 英里（417 公里），能源效率為 118MPGe（5.55 km/kWh），可以用 AC Level 1（120 V, 12 A）的充電器，充電一小時可以多行駛 4 英哩（6 km）的里程，或是用 AC Level 2（240 V, 32 A）的充電單元，充電一小時可以多行駛，充電一小時增加 25 英哩（40.2 km）的里程。若是用直流快充的充電器，半小時就可以充電 55 kW，多行駛 90 英哩（144 km）的里程。

有些電動車的規格超過 J1772，在 120 V 充電時可以超過 16A 的電流。這在 TT-30（"Travel Trailer" - 120 V, 30 A）普遍使用的 RV park 中是優勢。這可以充電到 24A。不過 120V 下的這種電流規格未列在 J1772 中。

特斯拉汽車支援 J1772 的一種規格擴展，就是 277V 的 Level 2 充電。就像 208 V 一樣，277 V 常用在北美商用的三相電電路中。

### 安全性

J1772 標準中有許多層級的振動保護、就算在潮濕的環境下也可以保證充電安全。在接頭接好之後，其引腳是和連接器內部隔離的，避免直接接觸到引腳。在接頭沒有接的時候，J1772 連接器上沒有大功率的電壓輸出，充電電源要在電動車送出充電命令後才會提供。

其接地引腳在連接連接器時會最早連接，拔下連接器時會最後脫離。若連接器接在車輛的充電座上，正在充電，而連接器移除了，較短的控制導引腳會先斷路，讓充電椿的繼電器先開路，使電流不會經由 J1772 接頭往外流。這可以避免電源引腳短路，增加其壽命。接近檢測腳也會接到開關上，當車輛拔除連接器的按鈕按下時，會觸發此開關。這會讓接近檢測腳的電阻增加，讓車載充電器停止抽取電流。

## 信號

SAE J1772 的信號協定設計如下：

* 充電設備送出有 AC 輸入電源的信號。
* 車輛可以透過接近檢測（Proximity detection）線路偵測到充電槍插入（因此車輛無法在有接線時開離充電設備），也可以偵測到按下充電口門閂，要拔離充電槍的動作。
* 控制導引（control pilot）機能開始動作
  * 充電設備檢測到有充電式電動車輛（PEV）
  * 充電設備送出充電設備已可以提供電力的訊號，給充電式電動車輛。
  * 確認充電式電動車輛的送風需求
  * 充電設備的電力會提供給電動車輛
* 充電式電動車輛控制能量的流動
* 充電設備和充電式電動車輛會持續監控安全接地的完整性
* 依充電式電動車輛的需求，持續提供電力
* 若充電式電動車輛上充電槍拔下，就會中斷充電過程

技術規範最早是列在 SAE J1772 的 2001 年版本中，之後也出現在 IEC 61851-1 及 IEC TS 62763:2013 裡。充電站會在接近檢測（Proximity detection）及 控制導引（control pilot）提供 12V，並量測其電壓差。這個通訊協定和其他的充電協定不同，SAE J1772 不需要額外的積體電路，因此使這個通訊協定具有強健性，在−40 °C 到 +85 °C 的溫度範圍都可以運作。

### 控制導引

充電設備會在控制導引（Control Pilot）端子上送 1 kHz 的方波，此電路會在車輛端透過電阻器及二極體（電壓範圍 ±12.0±0.4 V）接到保護地。若 CP-PE（接地系統）電路開路，充電設備的火線不會有電壓。若電路有導通，充電設備也會確認接地系統是否功能正常。車輛可以用設定電阻的方式來請求充電：沒有充電的車輛使用 2.7 kΩ，和 mode 3 相容的電阻，表示有偵測到車輛。若切換到 880 Ω 的電阻，表示車輛已預備好可以充電，若切換到 240 Ω，表示車輛提出在充電時「需要空調」（with ventilation）。

在 SAE J1772:2001 中，控制導引線的電路範例可以看出 CP-PE 在車輛端接有 2.74 kΩ 的電阻，因此當和充電系統相連接時，電壓會從 + 12 V 降到 + 9 V，也會啟動信號產生電路。車輛會再並聯 1.3 kΩ 電阻，使電壓降到 + 6 V，請求充電，或是並聯 270 Ω 電阻，使電壓降到 + 3 V，請求通風。因此充電設備的反應都是由偵測 CP-PE 的電壓，然後再依電壓反應。其中的二極體使電壓降只出現在正電壓範圍，CP-PE 若有負電壓，會視為是重大故障（例如碰觸到帶電部份），會因此關斷電流。

充電設備也會用脈衝寬度調變（PWM）波形來表示充電設備可以提供的最大電流：16% PWM 表示最大電流 10 A，25% PWM 表示最大電流 16 A，50% PWM 是最大電流 32 A，90% PWM 是快速充電的選項。

1 kHz CP 信號的 PWM 任務比表示最大允許電流。依照 SAE 的規定，最大允許電流需考慮接頭輸出、線材以及車輛的輸入接頭。美國的載流量（電流容量）會分為連續使用及短期負載的容量。SAE 定義的載流量是依公式產生，公式是依 1 ms 周期（1 kHz 信號），其周期內導通時間小於 640µs 時，其最大連續電流為 0.6 A 每 10µs 到每 850µs（最小值是 100 µs x .6 A = 6 A)。若超過 850µs，公式會將導通時間減去 640µs，再乘以 2.5。例如 (960 µs - 640 µs) x 2.5A = 80 A.

### 接近導引

接近導引（Proximity Pilot），簡稱為 PP，也稱為 plug present，在 SAE J1772 範例中，是用開關 S3 描述，是以機械的方式連接到連接器閘鎖釋放的致動器。在充電時，充電樁的 S3 短路，PP-PE 會連接 150 Ω 的電阻 R6。在閘鎖釋放時，充電樁的 S3 斷路，PP-PE 會加上 330 Ω 的電阻 R7，因此線上的電壓會有電壓降，讓電動車在充電槍拔出之前可以提早關閉充電機能。不過許多低階的電源轉換器電接線不提供用 PP 線偵測連接器閘鎖狀態的機能。

依照 IEC 62196，PP 腳也可以說明充電纜線的容量。

其中的電阻可以說明充電纜線的最大容量。充電樁若偵測到其電流超過充電纜線的最大容量，會中斷充電，電流是由 Rc 來偵測，其值定義如下

Rc 是在 PP 和 PE 之間的電阻。

### P1901 電力線通信

SAE 在 2012 年的新版標準中，計劃使用電力線通信（特別是 IEEE 1901）作為車輛、充電站以及智慧電網之間的溝通介面，不需要額外的接腳。SAE 和 IEEE 標準協會已分享其有關智慧電網以及車輛電子化的標準草案。

P1901 通訊協定可以透過 IEEE 1905 標準和其他 802.x 標準相容，允許用其他和 IP 為基礎的協定向電表、車輛、電力公司，以及充電設備所在的大樓通訊。P1905 也包括無線通訊。目前已看到 DC 充電設備和電動車輛的 SAE J1772 通訊是透過 HomePlug 電力線通信（PLC）來實現。

## 相容的車款及充電系統

在北美及日本，雪佛蘭沃藍達、日產聆風、三菱 iMiEV 電動汽車、三菱的 PHEV、Chrysler Pacifica Hybrid、豐田 Prius 的插電式混合動力車、Smart 電動車、福特 Focus EV、福特 Fusion Energi、本田 Clarity（純電動車及插電式混合動力車）、Kia Soul EV 及 Fiat 500e 都有 120V 的充電座，可以將 120 V 電源線接頭接到 J1772 充電座上。若是一些家用電源是 220-230 V 的國家，車上的 EVSE 充電座多半是 level 2 的充電座，可以接家用的電源，不過其充電電流會比專用充電站的充電電流要小。

和 SAE J1772-2009 相容的產品如下：

* ABB Lunic B, B+, Pro S, Pro M，有 SAE J1772，功率到 4.6 kW。
* BlinkCharging IQ200 - 商用 Level2 J1772 EVSE - 可以設定充電電流，最大可到 80 安培（19.2kW）。
* BlinkCharging HQ100 - 家用 Level2 J1772 EVSE - 30A (7.2kW)。
* BTCPower（Broadband TelCom Power），美國第一個商品化的 SAE 直流快充充電器。
* Bosch Power Max 家用充電椿。
* ClipperCreek 產品，包括有 CS-40、LCS-25、LCS-25p 及 HCS-40。其中充電電流最大的是 CS-100。
* ChargePoint CT4000 智慧充電器、纜線管理、driver 服務： ChargePoint 充電站網路中的 CT500、CT2000、CT2100 及 CT2020 系列。
* Eaton 電動車充電站的 Pow-R-Station 系列。
* ECOtality Blink 的家庭壁掛充電器，以及商用的獨立型充電裝置。
* eMotorWerks JuiceBox 開源 18 kW 75 A EVSE。
* EverCharge 交流充電裝置，電壓為 208 - 240 Vac，電流 30 A，功率 7.2 kW max。
* EVSEadapters 240 V 16 A 可攜式 Level 2 EVSE。
* EVoCharge – 伸縮捲軸的 EVSE，可以支援住家、商用及工廠用。
* 奇異的 Wattstation，最早在 2011 年問世。
* GoSmart Technologies 的 ChargeSPOT 充電裝置。
* GRIDbot 的 UP 系列充電裝置。
* Hubbell PEP 充電裝置。
* Leviton 家用充電裝置，有不同的功率等級，有獨立的轉接線，可以接到 NEMA 6 240 V 的接頭。
* 西門子公司的 VersiCharge，是低成本的家用、半公用 level 2 電動車充電裝置。
* SemaConnect ChargePro 充電裝置。
* TucsonEV - J1772 配接盒、J1772 延長線、公母接頭（有帶線或沒有帶線的）。J1772 相容的 EVSE，電壓電流為 240 V/30 A。Zero Motorcycle 轉接到 J1772 的轉接器、Tesla UMC 到 J1772 的轉換器、30A 及 40A 電動車的延長線，有經 UL 認證。
* Circontrol 的 Circarlife 產品，包括電動車充電的基礎裝置，以及 J1772 標準的立柱及壁掛單元。
* OpenEVSE：開源設計的 EVSE.
* 智慧 EVSE 計劃: 開源設計的 EVSE，有多充電裝置的電流均流。
* Vega eStation Level-2 充電站。是斯里蘭卡 chargeNET 網路的一部份
* Webasto 家用充電椿
* Zappi - 家用充電椿

## 競爭標準

RWE 和戴姆勒汽車提出的 Mennekes 接頭已列在 IEC 62196 的第二型（IEC 62196 Type 2），其中包括交流單相以及交流三相的連接器。此連接器的規範是 VDE-AR-E 2623-2-2 標準。連接器最多可以提供三相 63 A（若在中歐，電壓為 400 V）, 因此最大功率是 63 A × 400 V × √3 = 43.6 kW。另外 IEC 62196-2 標準有 Type 3 連接器，有單相及三相連接器以及 shutters。第一型（SAE）、第二型（VDE）及第三型的 pilot pin 都使用 IEC 61851-1 的標準。

東京電力也有用 JARI 直流連接器發展了車用高壓直流快速充器的規格，和三菱汽車、日產汽車及速霸陸汽車成立了 CHAdeMO（charge de move）聯盟，推動此規格

## 參考資料

## 外部連結

* SAE J1772 Committee（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）