美标充电桩和车的通讯协议 【迈宇新】

美标电动汽车（EV）与充电桩（EVSE）之间的通讯协议主要分为底层物理信号（基础通讯）和高层数字通讯（高级通讯）两个层面。

目前的北美标准主要围绕 SAE J1772 和 ISO 15118 展开。随着特斯拉 NACS（J3400）的普及，协议层也正在全面向 ISO 15118 靠拢。

1. 基础通讯协议：SAE J1772 (控制导引)

这是美标交流充电（AC Level 1/2）的基础。它不依赖复杂的数字数据包，而是通过 PWM（脉冲宽度调制） 信号来沟通。

• CP (Control Pilot) 引脚：这是通讯的核心。

  • 握手检测：通过 CP 线上的电压变化（从 12V 降至 9V 再降至 6V）来确认连接状态、车辆是否准备好充电。

  • 电流限额：充电桩通过 1kHz 的 PWM 信号告诉车辆最大可用电流。例如：

    • 10% 占空比：可用电流为 6A。

    • 50% 占空比：可用电流为 30A。

    • 公式：I = 占空比* 0.6 (在 10%–85% 区间内)。

• PP (Proximity Pilot) 引脚：检测插头是否插入到位，防止带电拔插产生电弧。

2. 高层通讯协议：ISO 15118 (数字通讯)

对于直流快充（DC Fast Charge）以及现代的高级交流功能，单纯的 PWM 信号不够用，需要更复杂的数字协议。

• PLC (Power Line Communication)：数字信号被调制在 CP 线上，叠加在原来的 PWM 信号之上。

• 核心功能：

  • 即插即充 (Plug & Charge)：车辆与充电桩自动交换证书，无需扫码或刷卡即可自动扣费。

  • V2G (Vehicle-to-Grid)：支持车辆将电力反向输送给电网。

  • 参数协商：在直流充电中，用于精确协商电压、电流曲线、电池 SOC（电量状态）等。

• 相关标准：

  • DIN SPEC 70121：较早期的直流充电数字协议（由 CCS 采用）。

  • ISO 15118-2/20：目前最先进的标准，支持加密和双向充电。

3. 特斯拉 NACS (SAE J3400) 的通讯

很多人认为特斯拉有完全不同的协议，但实际上：

• 交流充电：NACS 兼容 J1772 的 PWM 信号。

• 直流充电：NACS 采用了 ISO 15118 协议（即 CCS 协议集），这意味着非特斯拉车通过物理转接头使用特斯拉超级充电桩时，软件协议是互通的。

4. 通讯流程概览