1. 介紹與背景
隨著電動車 (EV) 市場的迅速擴張，國際上針對 EV 充電的各項標準也在不斷發展與完善。其中，SAE J1772 成為北美地區傳導式充電系統的事實標準。由美國國際汽車工程師學會 (SAE) 制定，此標準詳細規範了 EV 與充電器（即 EVSE）之間的電氣介面、連接器設計、通訊協定及安全要求。
充電器測試對於確保用戶安全、提升系統互通性與滿足監管要求至關重要。本文將深入探討 SAE J1772 的技術細節、測試程序及其歷史沿革，並提供實用的測試工作流程和未來發展趨勢。若欲了解更多先進測試資源，請參閱我們的 RPS-5000 模擬器 及 電動車測試完整指南 頁面，同時參考 IEC 61000 測試指南 了解相關電磁兼容測試標準。
2. SAE J1772 技術概述
2.1 主要元素及電氣規格
SAE J1772 規範定義了 EV 傳導充電系統的關鍵參數：
- 電氣介面：
- 充電器通常支援最高 240 V 的交流電；電流從基本充電器的 16 A 至更高級別的系統皆有涵蓋。
- 功率輸出通常介於 3.3 kW 至超過 7 kW，滿足各類電動車的需求。
- 連接器：
- SAE J1772 亦稱為 IEC 62196-2 Type 1 或 J 插，確保車輛端與充電器之間物理相容。
- 訊號協定：
- 利用 12 V 控制導引 (CP) 與接近導引 (PP) 來傳遞充電器狀態、可用電流及連接狀態資訊。
- 保護機制：
- 包含隔離、過流保護和故障偵測，確保充電安全。
2.2 連接器設計、導引信號與保護機制
SAE J1772 連接器包含五個引腳，各自負責不同功能：
- L1： 交流電火線
- N： 中性線
- CP（控制導引）： 傳送充電器狀態及最大可用電流訊號
- PP（接近導引）： 檢測連接器是否正確插入，確保安全機械連接
- PE： 保護接地
在充電過程中，CP 引腳會輸出調變的 ±12 V 信號，PP 則確保連接器牢靠。這些技術特性確保了充電安全與可靠性。進一步了解 EV 通訊技術，請參閱我們的 IEC 61000 測試指南 。
3. 為何充電器測試至關重要
3.1 電氣安全測試
充電器測試的目標在於確保 EVSE 達到嚴格的安全標準，具體包括：
- 絕緣電阻測試：
驗證活線與可接觸部分間的絕緣阻值需達到兆歐級，防止漏電現象。 - 過流及短路測試：
模擬故障狀況以確保保護裝置（如斷路器或保險絲）能迅速斷電。 - 剩餘電流裝置 (RCD) 測試：
模擬漏電狀況，檢查 RCD 是否在規定時間內動作以防止電擊。
3.2 通訊與導引信號測試
確保 CP 與 PP 信號的準確性至關重要：
- 控制導引 (CP) 測試：
測量並驗證 CP 信號（通常約 12 V）是否正確反映充電器狀態。 - 接近導引 (PP) 測試：
測量電阻以確認連接器接合正確並傳遞電纜承載能力資訊。
3.3 環境及機械測試
為模擬真實應用情境，還需進行：
- 熱循環測試：
在極端溫度條件下測試充電器性能（如 -40°C 至 +85°C）。 - 振動及機械衝擊測試：
以模擬運輸和安裝環境下的物理壓力，確保產品結構與連接器穩定。
詳細測試流程請參閱我們的 電動車測試完整指南 。
4. SAE J1772 詳細歷史與技術解析
4.1 歷史發展與產業影響
SAE J1772 的發展始於 2001 年，當時由加州空氣資源局 (CARB) 推動以標準化電動車充電。早期的 Avcon 連接器應用於 EV1 等車型，但隨著充電需求上升，傳導式充電逐漸取代感應耦合方式。
- 2001： CARB 強制車輛採用 J1772-2001 標準。
- 2009： Yazaki 等公司提出的 J1772-2009 連接器獲得批准，支援更高電壓及電流（例如最高可達 19.2 kW）。
- 2010-2012： 標準進行多次修正，廣泛獲得 Ford、GM、Toyota、Honda、Nissan 及 Tesla 等車廠的支持。
- 全球影響： SAE J1772 的通訊協定亦被納入 IEC 62196-2 標準，成為國際間普遍應用的充電接口規範。
4.2 連接器規格與信號狀態
SAE J1772 連接器主要特性：
- 尺寸：
長度約 33.5 毫米，直徑約 43.8 毫米。 - 引腳：
共 5 個引腳，其中包含 L1、N、CP、PP 與 PE；CCS Combo 1 還增加兩個直流大電流端子以支援快充。
連接器信號狀態比較表
| 狀態 | 說明 | CP-PE 電阻 | 測量電壓 |
|---|---|---|---|
| 狀態 A | 待機 (Standby) | 開路或 ∞ Ω | +12 V |
| 狀態 B | 偵測到車輛 | 約 2740 Ω | +9 ± 1 V |
| 狀態 C | 預備充電 | 約 882 Ω (並聯約 1300 Ω) | +6 ± 1 V |
| 狀態 D | 需要空調 | 約 246 Ω (並聯約 270 Ω) | +3 ± 1 V |
| 狀態 E | 無電源 (電路切斷) | — | 0 V |
| 狀態 F | 錯誤 | — | −12 V |
此外，控制導引信號透過脈寬調變 (PWM) 表示最大可用電流，例如：
- 16% PWM 表示 10 A，
- 25% 表示 16 A，
- 50% 表示 32 A，
- 90% 為快充選項。
更多有關充電器訊號的技術解析，請參閱我們的 IEC 61000 測試指南 。
5. 測試設備系列與方法比較
5.1 不同測試設備系列之差異
針對 EV 充電器測試的設備系列存在明顯區別：
- 基本系列： 主攻電氣安全測試，如絕緣電阻及過流保護。
- 高級系列： 整合高頻訊號分析與環境模擬，適用於新一代充電器。
- 模組整合系列： 同時涵蓋電氣與通訊測試，簡化測試流程並提高效率。
進一步了解我們的測試設備，請參閱 RPS-5000 模擬器 。
5.2 與 IEC 61000 測試指南的整合
隨著充電器越來越多採用車用乙太網（Automotive Ethernet）及先進通訊技術，與 IEC 61000 相關的測試也越來越重要。這些測試確保充電器在高頻干擾下依然保持通訊穩定。詳細測試方法請參考 IEC 61000 測試指南 。
6. SAE J1772 充電器測試實務流程
一個系統化的測試流程是確保充電器符合 SAE J1772 標準的關鍵。典型流程包括：
6.1 測試前準備與檢查
- 視覺與機械檢查： 確認所有連接器、電纜與外殼的組裝符合設計規範。
- 初步電氣測量： 驗證額定電壓、電流與功率數值是否一致。
6.2 執行電氣安全測試
- 絕緣電阻測試： 施加高 DC 電壓測量阻值，確保達到兆歐級。
- 過流及短路測試： 利用程控負載模擬故障，檢查保護裝置動作。
- RCD 測試： 模擬漏電狀況，驗證 RCD 在規定時間內斷電。
6.3 通訊與導引信號驗證
- 控制導引 (CP) 模擬： 使用訊號發生器模擬 EV 輸入，測量 CP 信號電壓與調變。
- 接近導引 (PP) 測試： 測量 PP 電路阻值，確保與電纜額定容量相符。
6.4 環境與耐久性評估
- 熱循環測試： 在溫控箱中測試充電器於極端溫度（如 -40°C 至 +85°C）下的運作狀況。
- 振動測試： 使用振動台模擬實際運輸與安裝條件，檢查機械結構完整性。
6.5 數據分析與認證
- 數據記錄： 將所有測試數據數位化存檔。
- 審查與認證： 將測試數據與 SAE J1772 標準進行比對，完成產品認證。
更多測試流程詳情，請參閱我們的 電動車測試完整指南 。
7. 先進技術洞察與未來趨勢
7.1 提升通訊協定
SAE J1772 標準不斷進化：
- 雙向通訊： 現代充電器可接收來自車輛的反饋訊號，實現實時調整。
- 電力線通訊 (PLC)： 未來可能採用 IEEE 1901 等標準，提高數據傳輸速率，無需額外接腳。
7.2 整合診斷與監控工具
現代充電器內建自診斷功能，可定期檢測絕緣、訊號強度及整體健康狀態，並透過 OCPP 等協定實現遠程監控。
7.3 功能安全與網絡安全趨勢
隨著 EVSE 互聯性增強，確保：
- 功能安全： 控制系統在硬體或軟體故障時能夠自動切換至安全模式。
- 網絡安全： 強化加密、實現安全啟動及定期軟體更新，防範網絡攻擊。
7.4 全球標準整合
儘管 SAE J1772 主要適用於北美，其設計原則正逐漸與 IEC 61851、IEC 62196 等國際標準趨向一致，促進：
- 互通性增強： 更易符合多國標準。
- 生產流程簡化： 統一認證流程，降低成本。
更多趨勢與技術洞察，請參閱我們的 電動車測試完整指南 。
8. 案例研究：SAE J1772 測試實例
8.1 提升家用充電器安全性
某知名家用充電器製造商通過先進的 RCD 與絕緣測試，模擬故障情況並驗證導引訊號，顯著提高了產品安全性，超越了標準要求，為住宅市場帶來更高可靠性。
8.2 公共充電站驗證
一公共充電網絡進行了全方位測試，包括：
- 詳細的絕緣及 Hipot 測試，驗證連續運行安全。
- 通訊協定測試，模擬車輛輸入以確保即時回應。
- 振動與熱循環測試，確保在戶外及高負載條件下耐用性。
這些測試促使該網絡獲得認證並大幅減少現場故障。
8.3 實施最佳實踐
根據業界經驗，建議：
- 全面預部署測試： 包含電氣安全與通訊驗證。
- 採用先進模擬工具： 模擬不同車型和情境。
- 定期維護與再測試： 尤其針對公共充電設施。
- 完整文件記錄： 為質量保證和監管審核留存數據。
如需更多詳細資訊，請參閱我們的 汽車乙太網測試 for EV 頁面。
9. 結論
深入理解並實踐 SAE J1772 的技術規範對於開發安全、可靠且高效的電動車充電器至關重要。透過嚴格的測試流程——涵蓋電氣安全、通訊完整性與環境耐久性——製造商可確保其產品符合監管標準，並提供卓越的充電體驗。
在充電技術日新月異、互通性和安全性越來越受重視的今天，嚴格依據 SAE J1772 進行測試仍是成功 EV 充電器設計與部署的基石。隨著通訊協定、診斷工具和全球標準整合的不斷進步，未來 EVSE 測試將展現更高的效率與性能。
藉由採用先進測試方法與 Infinipower 創新的測試平台（例如我們的 RPS-5000 模擬器），您可在 EV 充電器開發上保持競爭優勢。如需進一步技術支援，請參閱我們的 電動車測試完整指南 與 IEC 61000 測試指南 。
10. 參考文獻
- Harper, J. D. (2011). SAE Technical Paper Series: Advances in J1772 Charger Technology. SAE International. 取自 https://www.sae.org/publications/technical-papers
- Intertek. (2020, October 2). EVSE Testing and Global Certifications. 取自 https://www.intertek.com/blog/2020/10-02-evse/
- SAE International. (n.d.). SAE J1772 – Standard for Electric Vehicle Conductive Charging Systems. 取自 https://www.sae.org/standards/content/j1772_201701/
- Tektronix. (n.d.). EV Charging Standards and Testing Solutions. 取自 https://www.tek.com/en/solutions/industry/automotive-test-solutions/evse-testing/ev-charging-standards
- Wikipedia. (2023). SAE J1772. 取自 https://en.wikipedia.org/wiki/SAE_J1772
- 其他來源資料請參閱相關技術文件與標準草案
