深入探讨 CCS1 与 CCS2 标准：通信协议和 NACS 集成

解读全球碳排放互认悖论：从多维度深入剖析CCS1与CCS2标准、物理层通信协议、绝缘监测架构以及向NACS集成的地缘政治转变。

第一章：引言：全球电气化格局与标准之战

全球汽车行业目前正经历着其百年历史上最重要的技术转型之一：从内燃机（ICE）向电动汽车（EV）的过渡。尽管锂离子电池的化学特性和碳化硅（SiC）逆变器的效率常常占据新闻头条，但这场变革中默默无闻的英雄——同时也是经常出现的瓶颈——却是充电接口。

充电标准是电动汽车生态系统的命脉。它不仅仅是一个插头和一个插座，而是一个由高压电力电子设备、数字通信协议和安全联锁装置组成的复杂系统。目前，全球主要分为两大类组合充电系统（CCS）：CCS1（北美和韩国普遍采用）和CCS2（欧洲及其他大部分地区普遍采用）。

然而，这种二元划分正在被打破。北美充电标准（NACS，近期被正式命名为SAE J3400）的兴起，给整个行业带来了巨大冲击，并有可能使CCS1在其本土市场被淘汰。与此同时，随着ISO 15118-20标准的实施，CCS2的复杂性也在不断发展，从而实现了即插即用（Plug & Charge）和车辆到电网（V2G）等功能。

本文对CCS1和CCS2进行了全面的技术分析。我们将探讨它们的机械差异、脉冲宽度调制（PWM）和电力线通信（PLC）的底层信号逻辑、绝缘监测装置（IMD）的关键安全功能，以及塑造这些标准的复杂地缘政治和供应链因素。此外，我们还将分析公共充电网络面临的互操作性挑战，以及围绕第三方适配器使用而产生的高风险法律环境。

第二章：演进根源：SAE J1772 与 IEC 62196-2 以及通往碳捕获与封存之路

要了解组合充电系统，首先必须了解之前的交流充电标准。CCS本质上是对现有交流插头的“附加”功能，因此得名“组合式”。

1 型（SAE J1772）的诞生

21世纪初，美国汽车工程师协会（SAE）制定了J1772标准。该标准中的物理连接器通常被称为矢崎插头或1型插头，专为单相交流充电而设计。它有五个引脚：L1（线路1）、N（零线）、PE（保护接地）、CP（控制导引）和PP（接近导引）。

1 型充电器针对北美电网进行了优化，北美地区的住宅用电通常为 120V 或 240V 单相电。其机械设计包括一个手动拇指锁扣，用于将连接器固定到车辆上，以及一个微动开关，用于指示充电过程的开始和结束。

2 型（IEC 62196-2）的兴起

与此同时，欧洲国际电工委员会（IEC）正在制定一项适用于欧洲电网的标准，该标准支持三相交流电。最终成果是门内克斯插头（Mennekes plug），也称为2型插头，其标准规范为IEC 62196-2。

与1型连接器不同，2型连接器采用七针设计：L1、L2、L3、N、PE、CP和PP。2型连接器支持三相供电，可提供高达22千瓦的交流功率（400伏时32安），而1型连接器的功率通常限制在7.4千瓦，在极少数高电流配置下可达19.2千瓦。此外，2型连接器摒弃了手动锁扣，转而采用位于车辆电源输入口内的电子锁定电磁阀。

“组合”解决方案

随着对快速充电的需求不断增长，工程师们面临着一个难题：如何在不增加车辆第二个独立接口的情况下，实现高功率直流充电？解决方案就是组合充电系统。

• CCS1（组合1）：它采用 1 型交流电源连接器，并在其下方增加两个巨大的直流电源引脚（DC+ 和 DC-）。
• CCS2（组合 2）：采用 2 型交流电源连接器，并在其下方增加两个相同的直流电源引脚。

在这两种情况下，现有的控制导引 (CP) 和保护接地 (PE) 引脚都用于直流握手，从而确保一定程度的向后兼容性，并降低车辆内部线路的复杂性。

第三章：物理架构深度解析：组合1与组合2的机械设计和引脚图

CCS1 和 CCS2 之间的物理差异不仅仅是外观上的；它们反映了电网基础设施和安全理念的根本差异。

CCS1（SAE J1772 组合）

CCS1 连接器的特点是其“圆形顶部”设计，继承自 J1772。

• 引脚配置：顶部有 5 个引脚（L1、N、PE、CP、PP），底部有 2 个大引脚（DC+、DC-）。
• 锁扣机构：CCS1 依靠手柄上的机械锁扣。用户按下按钮即可拔出插头。这种设计因容易损坏以及允许用户在电流仍在流动的情况下拔出插头而受到批评（尽管 CP 信号的设计目的是在锁扣释放后立即切断电流）。
• 冷却：现代超快速 CCS1 充电器（350 kW+）采用液冷电缆，冷却剂在直流导体周围循环，有时甚至在插针周围循环，以防止在高电流（500A+）充电过程中过热。

CCS2（IEC 62196-3 组合）

CCS2 连接器采用 2 型“扁平侧面”设计。

• 引脚配置：顶部有 7 个引脚（L1、L2、L3、N、PE、CP、PP），底部有 2 个大引脚（DC+、DC-）。
• 锁扣机构：CCS2始终由车辆进行电子锁定，手柄上没有按钮。这种设计通常被认为更可靠、更安全，因为车辆完全控制着连接器的移除时间。
• 网格兼容性：由于 CCS2 包含 L2 和 L3 的引脚，因此配备 CCS2 的车辆可以在家中或工作场所充分利用三相交流充电，使其在欧洲和亚洲市场更加灵活。

对比表：CCS1 与 CCS2 物理规格

第四章：控制信号逻辑：脉冲宽度调制 (PWM) 和基本握手

在高压电流流动之前，电动汽车供电设备 (EVSE) 和电动汽车 (EV) 必须进行低压握手。此过程由两层通信控制：传统的 PWM 信号和现代的 PLC 信号。

PWM信号（IEC 61851-1）

控制导频 (CP) 线采用 12V、1kHz 的脉冲宽度调制 (PWM) 信号来传递基本状态。这是一种稳健的模拟方法，十多年来一直是电动汽车充电的基础。

• 状态 A（12V）：未连接车辆。
• 状态 B（9V）：车辆已连接，但尚未准备好充电。
• 状态 C (6V):车辆已连接并准备充电（无需通风）。
• 状态 D (3V)：车辆已连接并准备充电（需要通风）。
• 占空比：1 kHz 信号的“开启”时间百分比可以告诉车辆电动汽车充电设备 (EVSE) 能够提供的最大电流。例如，25% 的占空比可能代表 15 安培的电流。

向华盛顿特区的过渡

对于交流充电，PWM信号就足够了。然而，对于直流充电，电动汽车和充电设备需要交换复杂的数据，例如电池荷电状态（SoC）、所需电压以及用于计费的数字签名。这正是PWM的局限性所在。

在CCS系统中，CP线被“重新利用”。一旦通过PWM检测到物理连接，系统便会利用电力线通信（PLC）在CP线上叠加一个高频数字信号。该PWM信号保持5%的固定占空比，充当“数字开关”，向电动汽车发出信号，启动HomePlug Green PHY（HPGP）PLC协议。

第五章：高级通信：ISO 15118、DIN 70121 和电力线通信 (PLC) 的作用

虽然CCS1和CCS2的物理引脚有所不同，但它们的系统“核心”却非常相似。两者都依赖于ISO/IEC 15118和DIN 70121标准进行直流通信。

DIN 70121：直流桥接器

DIN 70121 是 CCS 直流充电通信的首个实现标准，它是早期 ISO 15118 草案的一个子集。它允许车辆和充电器交换如下信息：

• 服务发现：该充电器提供哪些服务（交流/直流）？
• 充电参数发现：电池和充电器的电压和电流限制分别是多少？
• 电力传输：启动或停止能量流动的实际指令。

ISO 15118：智能充电标准

ISO 15118 是电动汽车通信的“黄金标准”。它是一个多部分标准，引入了多项先进功能：

1. 即插即用（PnC）：利用公钥基础设施 (PKI)，车辆可以安全地向充电桩识别自身身份并自动完成计费。无需 RFID 卡或应用程序。
2. 增值服务：有关当地能源价格或与智能家居系统集成的信息。
3. 双向充电（ISO 15118-20）：使汽车能够将电能回馈到电网或家庭。

PLC物理层

此方案所需的硬件是HomePlug Green PHY调制解调器。由于通信是通过控制导频线（PLC）进行的，而该线路同时承载着1 kHz的PWM信号，因此会产生较大的噪声。PLC采用正交频分复用（OFDM）技术，以确保即使在高功率充电站恶劣的电磁环境下，也能可靠地接收频率在2 MHz至30 MHz之间的数据。

第六章：安全规程和绝缘监测（IMD）：高压系统中泄漏的检测

在直流快速充电中，安全是首要考虑因素，因为电压可超过 900V，电流可达到 500A。绝缘监测装置 (IMD) 是这种安全架构的关键组成部分。

浮动系统

与家用交流电（零线接地）不同，直流充电系统是“浮地”或“隔离”的。直流正极 (DC+) 和负极 (DC-) 线均未连接到车辆底盘（接地）。这意味着，如果有人同时触摸直流正极线和车辆底盘，由于没有形成回流到电源的完整回路，因此不会有电流流过。

IMD 的作用

然而，如果绝缘出现故障——例如电缆磨损或电池组内部冷却液泄漏——其中一条直流线路可能会意外接地。如果另一条线路也发生故障，就会造成危险的短路。

IMD 持续监测直流母线与保护接地 (PE) 之间的电阻。

• 充电前测试：在主接触器闭合开始充电之前，电动汽车和充电设备会进行绝缘检查。如果电阻低于特定阈值（通常为每伏100欧姆），则充电过程中止。
• 持续监测：在充电过程中，IMD 会持续注入一个小信号来监测性能下降情况。

CCS1 与 CCS2 IMD 实施

虽然原理相同，但SAE和IEC的具体实现方式在阈值和响应时间上可能有所不同。欧洲的CCS2系统通常将IMD直接集成到EVSE的控制器中，而CCS1系统则可能在配电柜和加油机之间进行更分散的监控。在多个加油机共享一个大型功率转换单元的“站点共享”场景中，复杂性会增加。

第七章：锁定机构和热管理：手动锁扣与电子电磁阀

插头的机械可靠性是这两个标准之间的一个主要区别。

CCS1：门锁责任

CCS1/J1772 插头的锁扣是其最薄弱的环节。在公共场所，这些锁扣经常被用户弄坏或被冰冻住。如果锁扣损坏，近距离感应启动 (PP) 电路可能无法闭合，导致车辆无法开始充电。更糟糕的是，部分损坏的锁扣可能导致连接器在高功率充电过程中晃动，从而引发电弧和过热损坏。

CCS2：螺线管的优势

CCS2取消了手柄锁扣。车辆的接口处有一个电动销（电磁阀），完全插入后，该电动销会滑入连接器上的孔中。

• 联锁安全：只有当电磁阀确认处于“锁定”状态时，车辆才会闭合其高压接触器。
• 防盗措施：只有当用户通过车辆界面解锁车辆或停止会话后，连接器才能被移除，从而防止未经授权的断开连接。

热管理

随着充电功率逼近 400 kW，热管理已不再是可选项。CCS1 和 CCS2 都采用了嵌入在直流引脚附近的温度传感器（通常是 NTC 热敏电阻）。

• 降级：如果引脚温度超过安全限值（例如 85°C），EVSE 将自动“降额”或降低电流，以防止塑料外壳熔化。
• 液冷：在高功率分配器中，电缆明显更粗，因为它们内部设有用于输送乙二醇基冷却液的通道。这样一来，就可以使用更细的铜导线（从而减轻电缆重量），同时在 500A 电流下保持安全温度。

第八章：互操作性（IOP）测试：多厂商基础设施面临的挑战

对于电动汽车车主来说，最令人沮丧的经历之一就是“握手失败”——汽车和充电器之间无法通信。这是一个互操作性（IOP）问题。

软件栈的复杂性

CCS的通信协议栈包含多个层：

1. 物理层：HPGP PLC信号质量。
2. 数据链路层：MAC地址和网络加入。
3. 网络层：IPv6 地址（ISO 15118 要求）。
4. 应用层：基于 XML 的消息传递（EXI 压缩）。

如果充电器的软件（在 Linux 或实时操作系统中实现）的 IPv6 邻居发现协议存在轻微的时间差异，或者汽车的 XML 解析器期望略有不同的架构，则会话将失败。

测试活动和认证

为了应对这一挑战，业界会举办由CharIN等机构主办的“测试节”（Testivals）。来自特斯拉、大众、ABB和西门子的工程师会将他们的车辆和充电器集中到一处，测试所有可能的组合。尽管如此，老款电动汽车充电设备固件和新款车型的“长尾效应”仍然确保了IOP在CCS生态系统中持续面临挑战。

第九章：地缘政治格局的变迁：区域分歧与全球供应链经济学

CCS1 和 CCS2 之间的选择很少是技术优势的问题；而是现有基础设施和区域主权的问题。

欧洲整合

欧洲很早就通过《替代燃料基础设施指令》(AFID)强制推行CCS2标准。通过强制所有公共充电桩提供Type 2或CCS2接口，欧洲避免了困扰北美多年的“标准之争”。这不仅促进了零部件的二手市场蓬勃发展，也简化了宝马和雷诺等欧洲汽车制造商的供应链。

北美分裂

相比之下，北美允许多种标准共存：CCS1、CHAdeMO（由日产力推）以及特斯拉的专有连接器。这种碎片化阻碍了对公共基础设施的投资，因为场地所有者被迫购买昂贵的多协议充电桩。

韩国和台湾

韩国采用了CCS1标准，很大程度上是效仿美国的做法，这主要是因为通用汽车的强大影响力以及美国市场对现代/起亚早期电动汽车出口的影响。然而，台湾的情况则颇为特殊，政府最初倾向于CCS1，但后来涌入了大量CCS2和NACS车辆，导致台湾出现了复杂的多标准环境。

第十章：NACS颠覆者：SAE J3400如何整合北美市场并威胁CCS1

2022年底，特斯拉向全球开放了其专有的连接器设计，并将其更名为北美充电标准（NACS）。几个月内，几乎所有北美主要汽车制造商——福特、通用、Rivian、沃尔沃——都宣布从CCS1转向NACS。

NACS（SAE J3400）的技术优势

1. 外形尺寸：NACS 比笨重的 CCS1 连接器小得多、轻得多。
2. 集成引脚：与CCS使用独立引脚分别连接交流电和直流电不同，NACS使用相同的两个大引脚同时连接两者。这减小了车辆电源输入接口的尺寸。
3. 传统协议：至关重要的是，NACS 使用相同的采用 ISO 15118 PLC 通信协议作为 CCS。这意味着汽车制造商无需重新设计整个软件栈即可更换物理插头。

CCS1的末日到了吗？

随着NACS被正式纳入SAE J3400标准，CCS1在美国实际上已成为“过时的标准”。尽管目前仍有数千个CCS1充电桩通过NEVI（国家电动汽车基础设施）项目正在安装，但NACS显然才是未来的发展方向。这一转变迫使SK Signet和ChargePoint等充电桩制造商迅速调整生产线，以生产NACS线缆。

第十一章：适配器市场与合规性：跨标准硬件的法律和技术风险

随着世界格局的转变，适配器已发展成为一个价值数百万美元的产业。现在，您可以购买各种适配器，将 CCS2 转换为 CCS1，将 CCS1 转换为 Tesla，以及将 Tesla 转换为 CCS1。然而，这种便利也伴随着巨大的风险。

安全差距

经认证的CCS连接器设计可承受500A电流，并包含精密的温度监控功能。许多在电商平台上销售的第三方适配器缺乏这些保护措施。

• 弧形风险：如果适配器没有完全就位，接口处可能会发生微电弧，最终导致适配器熔化，并可能损坏车辆昂贵的车载充电器。
• 通信延迟：有些适配器使用“中间人”电子设备来转换协议（例如，CHAdeMO 到 CCS），这可能会引入延迟，从而触发 EVSE 中的安全超时。

责任与保险

从法律角度来看，使用未经认证的适配器通常会导致车辆保修失效。如果充电站因适配器故障而发生火灾，责任将完全由用户承担。目前，各大标准机构正竞相制定适配器认证计划（例如 UL 2251），但对于早期采用者而言，市场仍然如同“蛮荒西部”。

第十二章：未来展望：兆瓦级充电（MCS）、车联网（V2X）和统一融合

展望 2030 年，CCS1 与 CCS2 之争可能会被新技术所掩盖。

兆瓦充电系统（MCS）

对于重型卡车而言，即使是 350 千瓦的功率也远远不够。业界正在研发 MCS 连接器，其功率可达 3.75 兆瓦（1250 伏，3000 安）。值得一提的是，MCS 连接器采用全球统一设​​计，有望终结商业领域的区域差异。

车联网（V2X）

ISO 15118-20标准的实施将使电动汽车成为移动电厂。无论车辆采用CCS2还是NACS技术，在用电高峰时段稳定电网的能力都将成为电动汽车车主的重要收入来源。

结论

CCS1 和 CCS2 之间的差异充分体现了全球标准制定的复杂性。尽管 CCS2 已在国际市场上脱颖而出，成为绝对的赢家，但 NACS 的崛起却改写了北美地区的规则。对于工程师和政策制定者而言，其中的教训显而易见：物理硬件是暂时的，但底层数字协议（ISO 15118）和安全原则（IMD）才是电气化未来的真正基石。对于任何涉足电动汽车基础设施高压领域的人员来说，理解这些技术细节都至关重要。

第十三章：绝缘电阻的数学原理：R_iso 计算和漏电流

在直流快速充电的高压（HV）领域，绝缘电阻（R_iso）不仅是一个安全参数，更是一个可测量的变量，它决定着充电过程的运行状态。根据IEC 61851-23和SAE J1772标准，系统必须保持最低绝缘电阻，以防止在底盘故障时可能流经人体的危险漏电流（I_leakage）。

测量原理

绝缘监测装置 (IMD) 通常采用“开关电阻”或“脉冲注入”方法来测量直流导体与保护接地 (PE) 之间的电阻。总绝缘电阻定义为正极线对地电阻 ($R_p$) 和负极线对地电阻 ($R_n$) 的并联组合：

$$R_{iso} = \frac{R_p \cdot R_n}{R_p + R_n}$$

直流系统的安全要求通常设定为 100 Ω/V。对于 800V 的车辆充电，最小允许的 R_iso 为：

$$800V \times 100 \Omega/V = 80,000 \Omega = 80 k\Omega$$

漏电流动态特性

漏电流是系统寄生电容（$C_y$）和绝缘电阻的函数。在完全平衡的系统中，$R_p = R_n$，中点相对于地的电压为零。然而，如果正极轨发生故障（$R_p \rightarrow 0$），负极轨相对于机箱的电压将偏移至 -800V。IMD 必须在几毫秒内检测到这种偏移。

表格：CCS1 与 CCS2 的安全阈值

第十四章：PLC信号完整性：500kW充电环境中的噪声处理

CCS中使用的电力线通信（PLC）基于HomePlug Green PHY（HPGP）规范。虽然HPGP最初是为低功耗智能家居应用而设计的，但将其应用于500kW充电环境却带来了极其严峻的电磁兼容性（EMC）挑战。

噪声基底

大功率直流充电器在其功率级中使用快速开关的碳化硅 (SiC) 或绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)。这些元件的开关频率范围为 20 kHz 至 100 kHz，会产生显著的谐波噪声。由于 PLC 的工作频率范围为 2 MHz 至 30 MHz，理论上它不在主要开关噪声的频带内，但高频“振铃”和共模瞬态很容易使 PLC 调制解调器的前端饱和。

衰减和耦合

控制导频（CP）信号通过充电线内的非屏蔽导线传输。在30 MHz频率下，该电缆相当于一条复杂的传输线，具有显著的电感损耗和电容损耗。

• CCS1电缆：在美国，较长、通常也较重的电缆会导致更高的信号衰减。
• CCS2电缆：在欧洲，人口密集的城市地区，较短的电缆可能会受到相邻分配器之间串扰的影响。

为了缓解这种情况，工程师们使用“信号注入单元”（SIU），利用高磁导率铁氧体磁芯将PLC信号耦合到CP线上，同时阻挡1 kHz PWM信号和高频噪声。

第十五章：ISO 15118-2 与 -20：消息序列的架构演进

从最初的 ISO 15118-2 标准过渡到新的 ISO 15118-20（通常称为“Dash 20”）代表了电动汽车充电史上最重要的软件升级。

ISO 15118-2：基础

“-2”版本建立了基于XML的基本握手：

1. 支持的应用程序协议：协商版本。
2. 会话设置：建立连接。
3. 鉴别：支持RFID或即插即用充电。
4. 充电参数发现：更换电池限制。
5. 电力传输：控制流量。

ISO 15118-20：未来

Dash 20 引入了一种全新的消息结构，专为下一代能源服务而设计：

• 双向支持：专用于 V2G（车辆到电网）和 V2H（车辆到家庭）放电的消息。
• 动态模式：允许充电器根据电网负荷实时调整汽车的充电电流，而无需重新开始充电过程。
• 增强安全性：从 TLS 1.2 过渡到 TLS 1.3，提供更快的握手和更强的加密。
• 多路复用：允许多个服务（例如，计费+数据同步）通过同一个PLC连接运行。

消息序列图：即插即用 (PnC) 与外部识别 (EIM)

在 PnC 中，合约签名证书链信息从汽车发送到充电器。充电器通过其后端 OCSP（在线证书状态协议）服务器验证此信息。在 EIM 系统中，用户必须出示实体卡，充电器会发送一条信息。授权向后端发送请求。PnC 的延迟显著降低，带来类似特斯拉的用户体验。

第十六章：大功率连接器的热工程：材料、接触电阻和液冷

随着我们接近 CCS 物理接口的极限，热工程成为主要的设计约束。

接触电阻（$R_{contact}$）

连接器处产生的热量由焦耳定律定义：$P_{heat} = I^2 \cdot R_{contact}$。对于 500A 的充电电流：

• 如果 $R_{contact} = 0.5 m\Omega$，则 $P_{heat} = 500^2 \cdot 0.0005 = 125 W$。
• 如果接触电阻 $R_{contact}$ 降低到 $2.0 m\Omega$，则热功率 $P_{heat} = 500^2 \cdot 0.002 = 500 W$。

500瓦的热量集中在一个封闭的塑料手柄中，几分钟内就会导致灾难性的故障。这就是为什么插针上的镀银工艺至关重要。银是所有金属中电阻最低的，并且能够提供自润滑表面，从而减少数千次插拔循环中的磨损。

液冷系统

为了处理超过 350A 的电流，必须采用液冷。该系统通常在配电柜内使用闭式循环冷却器。

• 冷却液类型：为了防止泄漏时发生短路，介电液是首选，但由于水-乙二醇混合物具有优异的热容量，因此更为常见。
• 软管设计：DC+ 和 DC- 导体是空心的，或者被冷却通道包围。“冷板”位于引脚正后方，用于将热量从接触界面带走。

第十七章：互操作性案例研究：调试大众ID.4与Electrify America充电器之间的握手过程

CCS1互操作性问题的一个著名案例发生在美国大众ID.4车型的早期推广阶段。许多车主反映在Electrify America (EA)充电站遇到了“红环”错误（充电失败）。

根本原因：时机和 XML

经过数月的数据记录，工程师们发现了一个竞争条件。会话设置阶段。EA充电器（由第三方制造）正在发送其支持的应用程序协议资源比ID.4车载充电器（OBC）软件初始化其IPv6协议栈的速度还要快。车辆会错过消息，超时并中止会话。

解决方法：软件缓冲

该解决方案需要对车辆和充电器进行固件更新。充电器经过修改，在发送第一条PLC消息之前会等待“ICMPv6邻居发现”信号，而车辆的超时时间则从2秒延长至5秒。本案例研究突显了“测试验证”的必要性，但并非充分条件；实际环境因素和网络延迟增加了实验室测试无法完全模拟的复杂性。

第十八章：全球供应链的影响：铜、镀银和HPGP芯片短缺

CCS 连接器的制造是一个高度专业化的行业，由菲尼克斯电气、Huber+Suhner 和 TE Con​​nectivity 等少数几家公司主导。

原材料依赖性

• 铜：一根350kW的液冷电缆可能含有超过15公斤的高纯度铜。铜价波动直接影响充电网络的资本支出。
• 银：CCS2引脚的电镀工艺需要采用精确的电镀技术，以确保形成均匀的5-10微米镀层。任何镀层过薄都会导致电阻增加和过早老化。

HPGP芯片组垄断

HPGP（HomePlug Green PHY）调制解调器芯片是所有CCS车辆和充电器的核心部件。多年来，高通一直是主要供应商（QCA7000系列）。在2021-2022年全球半导体短缺期间，这些芯片的短缺导致数千个充电站的生产停滞。这促使人们转向其他供应商，例如Lumissil和Vertexcom等公司进入市场，但汽车行业新芯片的认证流程向来缓慢。

第十九章：监管框架：美国的NEVI与欧盟的AFIR

各国政府不再将标准的采用完全交给市场决定。

欧盟：AFIR（替代燃料基础设施法规）

欧盟的《武装部队工业关系条例》（AFIR）是世界上最严格的指令。它要求：

• 主要高速公路沿线每隔 60 公里设有快速充电桩。
• CCS2 作为强制性标准。
• 将集成临时支付（信用卡读卡器），摆脱封闭的RFID生态系统。

美国：NEVI（国家电动汽车基础设施）

美国两党基础设施​​法案拨款50亿美元用于充电设施建设。NEVI规则最初强制要求使用CCS1电缆。然而，随着NACS标准的转变，规则进行了修订，允许使用NACS电缆，但每个站点至少需要一条CCS1电缆。这种“混合模式”是美国迈向全面采用SAE J3400标准的过渡阶段。

第20章：向SAE J3400（NACS）的融合及其对CCS1制造的影响

北美地区向 NACS（SAE J3400）的转变从根本上改变了 CCS1 的发展路线图。

制造业转型

原本为笨重的CCS1手柄优化设计的工厂，现在正在进行改造，以适应更小巧的NACS设计。NACS的复杂之处在于其“双用途”插针，这需要在车内安装高速直流切换接触器，以便在交流车载充电器和直流电池母线之间进行切换。

CCS1的生存

CCS1在未来十年内很可能在韩国继续存在，并在美国作为一种传统标准继续沿用。然而，随着行业将重心转向NACS和MCS，CCS1的研发预算实际上已降至零。对于全球制造商而言，这意味着需要维护三条独立的产品线：

1. CCS2：面向全球市场。
2. NACS（J3400）：适用于北美地区。
3. MCS：面向全球重型设备行业。

第21章：结论：分裂的物理世界中的统一协议

正如我们所见，“CCS1 和 CCS2 的区别”实际上是同一数字系统两种不同的物理表现形式。无论车辆使用圆形 CCS1 插头还是扁平 CCS2 插头，其底层逻辑（ISO 15118）、IMD 监控的安全性以及 PLC 信号完整性的挑战都保持不变。

2020年代的充电标准之争告诉我们，互操作性不仅仅关乎插头——它还关乎软件、电网和用户体验。随着全球逐渐向少数几个主流标准靠拢，人们的关注点将从“我能插电吗？”转变为“充电速度和智能程度如何？”美国向NACS的过渡以及欧洲CCS2标准的巩固，标志着电动汽车革命的开端已然结束。未来十年将由V2G（车辆到电网）、兆瓦级充电速度以及真正无缝的全球充电网络来定义。

第22章：近程导频（PP）和控制导频（CP）电路图的详细分析

要真正理解CCS背后的工程原理，必须仔细研究导通线的等效电路。这些导通线是充电系统的“神经”，确保裸露的引脚上永远不会出现高电压，并且车辆在连接状态下无法启动行驶。

控制导频（CP）电路

CP 电路是由 EVSE 产生的 1 kHz、±12V 信号。在车辆侧，该电路由一个二极管和一系列电阻器（R_1、R_2、R_3）组成，车辆可以使用晶体管或继电器将这些电阻器切换到电路中。

• 二极管用途：该二极管确保只有PWM信号的正半部分会受到车辆电阻器的影响。这样，如果PWM信号的负半部分意外受到车辆电阻器网络故障的影响，电动汽车充电设备（EVSE）就能检测到“对地短路”——这是一项重要的安全检查，可防止EVSE为损坏的电缆或连接器供电。

读取占空比

电动汽车充电设备 (EVSE) 将可用电流编码到 1kHz 方波的 PWM 占空比中，车辆在闭合主接触器之前对其进行解读：

• 5%占空比：电动汽车充电设备未准备就绪——不允许充电（用于状态信号）。
• 10%占空比：支持电动汽车充电桩，无需通风（现代密封直流系统的标准状态）。
• 16-85%占空比：可用电流与占空比成正比——例如，50% 表示 50A 的限制，使车辆的车载充电器能够正确地调节其电流消耗。
• 90-97%占空比：保留用于特殊情况，例如需要通风（传统铅酸电池）或特定直流信号。

CP系统的优势在于其故障安全非对称性：如果车辆检测不到有效的方波信号，它会假定最坏情况并拒绝充电；如果电动汽车充电设备（EVSE）检测不到有效响应，它也会拒绝通电。任何一方发生故障都意味着充电过程不会危险地开始。

近场导频（PP）电路

PP电路是连接器的机械核心。它使用一个简单的电阻器将插头接地，从而告知插头两端电缆是否完全插入——并防止车辆在连接电缆的情况下驶离。

• 电阻值：150Ω电阻表示电缆已插入车辆但未锁定；680Ω电阻表示电缆已连接并锁定；开路（无电阻）表示连接器已断开。电动汽车充电设备 (EVSE) 和车辆会持续读取这些值。
• 驾车保障：如果车辆系统在驻车制动器释放时检测到 150Ω 的状态，则会阻止档位啮合。如果电缆被锁定（680Ω），车辆将阻止在充电电流流过时断开连接器，从而消除“强行拔出带电插头”的危险。
• 电缆存在检测：在直流系统中，PP 线还会确认充电电缆两端是否正确就位，然后电动汽车供电设备才会允许高压接触器闭合。

为什么飞行员在现实世界中至关重要

CP 和 PP 电路共同确保充电过程即使在高达一千安培的电流下也能安全进行。当充电无法启动时，工程师首先检查的也是这两个电路：PP 接地腐蚀、CP 电阻器损坏或导向引脚故障，这些都会导致相当一部分“充电器无法启动”的故障。了解这些电路可以将难以解释的故障转化为 10 分钟的诊断。

要点总结

• CP 电路承载一个 1kHz PWM 信号，其占空比编码可用电流；其基于二极管的设计能够检测对地短路。
• PP 电路使用电阻网络来检测电缆是否存在和锁定状态，从而提供防脱行驶保护和连接器就位确认。
• 这两个电路都具有故障安全功能：如果缺少或无效的引导信号，则会在任何高压接触器闭合之前中止会话。
• 导通线路故障是最常见的充电器启动故障之一——使用万用表并掌握一些电路知识，几分钟内即可解决大多数此类故障。

MIDA Power 的工程师们为其 CCS1/CCS2 充电器配备了专为现场诊断而设计的先导电路：清晰标注的测试点、标准化的故障代码以及指导技术人员进行 CP/PP 故障排除的服务文档。请联系我们获取技术文档、培训支持和产品规格。