1. SAE J1772 und CCS1
SAE J1772 wurde 1996 veröffentlicht und verwendet einen 5-poligen Stecker für 120-V-/240-V-Wechselstromladung mit einer maximalen Leistung von ca. 19 kW. CCS1 erweitert das J1772-Design um zwei Gleichstromanschlüsse und bildet so eine vertikal geteilte Struktur. Die Gleichstromseite unterstützt bis zu 1000 V/400 A mit einer maximalen Leistung von ca. 350 kW. Viele frühe Modelle von General Motors, Ford und anderen Automobilherstellern verwendeten diesen Standard.
Die Kernmerkmale des SAE J1772-Standards lassen sich wie folgt zusammenfassen: „Eine Schnittstelle, zwei Leistungsstufen, fünf Pins, vollständiger Handshake und mehrfache Schutzmechanismen."
- Eine Schnittstelle:
Definiert die physische Steckerschnittstelle zwischen Elektrofahrzeugen und Ladegeräten in Nordamerika, genannt „Typ 1" oder „J-Stecker". Sie bildet auch die Grundlage für den CCS1 (Combo)-Gleichstrom-Schnellladeanschluss.
- Zwei Leistungsstufen:
Das Laden mit Wechselstrom ist in Stufe 1 und Stufe 2 unterteilt.– Stufe 1 nutzt 120-V-Einphasen-Haushaltsstrom mit 12–16 A und liefert 1,4–1,9 kW, ideal zum Laden über Nacht zu Hause.– Stufe 2 nutzt 240-V-Einphasenstrom mit bis zu 80 A und einer maximalen Leistung von 19,2 kW für das Laden zu Hause oder an öffentlichen Ladestationen.
- Fünf Pins:
Der Stecker verfügt über fünf Pins: L1 (Phase), N (Neutralleiter), PE (Schutzleiter), CP (Steuerkontakt) und PP (Näherungskontakt). CP und PP ermöglichen die PWM-Kommunikation und die Steckererkennung. Dadurch wird sichergestellt, dass die Leistung erst nach einer sicheren Verbindung und Parameterabsprache abgegeben wird.
- Vollständiger Handshake:
Vor dem Ladevorgang sendet die CP-Leitung ein 1-kHz-PWM-Signal, dessen Tastverhältnis den maximal verfügbaren Ladestrom des Ladegeräts angibt. Das Fahrzeug erkennt das Tastverhältnis und schließt das interne Relais S2. Anschließend schaltet das Ladegerät in den Ladezustand „Zustand C", um die Leistung abzugeben. Bei Signalverlust oder -anomalien trennt das System die Verbindung sofort.
- Mehrfacher Schutz:
Der Standard umfasst Schutzfunktionen gegen Überstrom, Übertemperatur, Leckströme, Isolationsüberwachung und Fehlanschlüsse. Mechanische Verriegelungen und Mikroschalter verhindern das Herausziehen unter Spannung und versehentliches Trennen.
Mithilfe dieser fünf Elemente bietet SAE J1772 ein einheitliches, sicheres und skalierbares AC-Ladeframework für nordamerikanische Elektrofahrzeuge und bildet die Grundlage für die spätere DC-Schnelllade-Combo-Schnittstelle CCS1. Da CCS1 eine Erweiterung der SAE J1772 AC-Schnittstelle für DC-Schnellladung darstellt, wird sie oft als „SAE J1772 Combo" bezeichnet.
CCS1:
Die Kernmerkmale von CCS1 lassen sich wie folgt zusammenfassen: eine Schnittstelle, zwei Lademodi, eine 7-polige Struktur und einheitliche Kommunikation.
Basierend auf dem 5-poligen J1772 AC-Design wurden zwei Hochstrom-DC-Pins (DC+ und DC–) hinzugefügt, wodurch ein 7-poliger Combo-1-Stecker entsteht. Wird nur der obere Teil verwendet, fungiert er als J1772-Wechselstromstecker mit einer maximalen Leistung von ca. 7,4 kW. Mit dem vollständigen Stecker ermöglichen die beiden unteren Pins Schnellladen mit Gleichstrom bis zu 350 kW bei 1000 V/500 A.
Kommunikation und Steuerung erfolgen über den CP-Pin (Control Pilot):
– Beim Wechselstromladen wird für den grundlegenden Handshake PWM verwendet.
– Beim Gleichstromladen wird PLC (Power Line Communication) über dieselben CP-PE-Leitungen genutzt, um die erweiterte Kommunikation nach ISO 15118 zu implementieren und Parameterverhandlungen, Isolationsprüfungen, Fehlerüberwachung und mehr durchzuführen.
PE bietet Erdungsschutz, PP verwendet Widerstandscodierung zur Erkennung des Verbindungsstatus und der Kabelstromgrenzen, und mechanische Verriegelungen sowie Mikroschalter verhindern das unbeabsichtigte Herausziehen unter Spannung und gewährleisten so die Sicherheit.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass CCS1 eine Combo-Schnittstelle verwendet, um sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstromladen zu unterstützen. Mit dem J1772-Eingang als Basis, einer 7-poligen Struktur und CP-PLC Unified Communication bildet es ein Schnelllade-Ökosystem von bis zu 350 kW in Nordamerika.
2. NACS / SAE J3400
NACS war ursprünglich Teslas proprietärer Stecker. 2022 veröffentlichte
Tesla den Standard und gab ihm den Namen NACS. 2024 wurde er von der SAE als empfohlener Standard SAE J3400 übernommen. NACS zeichnet sich durch ein ultraflaches, integriertes Design aus und vereint Wechsel- und Gleichstrom in einem einzigen kompakten Stecker – etwa halb so groß wie CCS – und unterstützt gleichzeitig DC-Schnellladung mit bis zu 1000 kW.
Die Kernmerkmale von SAE J3400 lassen sich in fünf Punkten zusammenfassen:
- Integrierte Schnittstelle:
Im Gegensatz zum gestapelten Design von CCS1 sind Wechsel- und Gleichstromkontakte in einem kleinen Stecker integriert. Die Gesamtgröße beträgt etwa die Hälfte der von CCS1, und das Gewicht ist deutlich geringer.
- Leistung:
Im Wechselstrommodus bis zu 80 A / 500 V (~19 kW).
Im Gleichstrombetrieb unterstützt die Serienhardware 500 A / 1000 V (~500 kW) und bietet standardmäßig Spielraum für Erweiterungen auf 1 MW.
- Pinbelegung und Kommunikation: Die Anschlüsse für Gleichstrom (Plus/Minus), Wechselstrom (Phase/Neutralleiter), Erdung, Steuerkontakt (CP) und Näherungskontakt (PP) sind in einem 5-adrigen Layout ausgeführt. Die Kommunikation entspricht ISO 15118 / DIN 70121 und ist mit der CCS-Steuerlogik kompatibel, wodurch die Weiterverwendung vorhandener Fahrzeugsteuergeräte möglich ist.
- Sicherheit und Zertifizierung: Erfüllt UL 2251, SAE J3400, IATF 16949 und weitere nordamerikanische Sicherheits- und Qualitätsanforderungen. Der Stecker verfügt über Temperaturüberwachung, mechanische Verriegelung, Stoßfestigkeit (IP2XB) und Schutzart IP67.
- Markt und Ökosystem: Seit Tesla den Weg geebnet hat, haben Automobilhersteller wie Ford, GM, Rivian, Volvo und Mercedes die native Einführung von NACS ab 2024/2025 angekündigt. Auch Drittanbieter von Ladegeräten haben UL/SAE-zertifizierte NACS-Steckverbinder und -Module auf den Markt gebracht, und öffentliche Ladenetze setzen NACS+CCS-Doppelsteckverbinder oder -Adapterlösungen ein.
3. Zusammenfassung
Der obige Vergleich zeigt, dass SAE J1772 und SAE J3400 eine logische Weiterentwicklung darstellen. SAE J3400 baut auf J1772 auf und erweitert dieses, indem es sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstrom-Schnellladung mit hoher Leistung unterstützt. Der maximale geregelte Strom beträgt 900 A und kann bei gleichzeitiger Nutzung der fahrzeug- und steckerseitigen Leitungswege bis zu 1000 A erreichen. Zudem führt es die V2G-Technologie ein und erfüllt die Anforderungen an die Notstromversorgung, wodurch der Funktionsumfang im Vergleich zu SAE J1772 deutlich erweitert wird.
SAE J3400 unterstützt die digitale Kommunikation zwischen Fahrzeugen und Ladeeinrichtungen und ermöglicht so einen effizienteren Informationsaustausch und eine optimierte Fehlerbehandlung. Es beinhaltet die von der ChargeX Alliance für Gleichstrom-Schnellladung definierten Mindestanforderungen an Fehlercodes und verbessert dadurch die Intelligenz und Zuverlässigkeit des Ladesystems.
Daher befindet sich der nordamerikanische Markt derzeit in einer Phase, in der CCS1 und NACS nebeneinander existieren: CCS1 wird weiterhin für einige noch im Handel befindliche Modelle verwendet, während NACS – mit höherer Leistungsfähigkeit, kleinerer Größe und Zugang zum umfangreichen Supercharger-Netzwerk von Tesla – sich schnell zum zukünftigen Standard entwickelt.
