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來源：Digi-Key 作者：Jeff Shepard 我們需要方便、可靠的充電，以消除電動汽車 (EV) 的“里程焦慮”。為了支持這些需求，電動汽車服務(wù)設(shè)備 (EVSE) 基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計者需要提供各種充電選擇，包括住宅、商業(yè)和零售環(huán)境中的中功率 2 級直流 (DC) 快速充電器，提供電流高達 80 安培 (A) ；大功率 3 級超快速充電器，提供高達 500 A的直流；以及低功率的 1 級交流 (AC) 充電，用于夜間充電和應(yīng)急充電。 然而，電動汽車的直流充電是復(fù)雜的。EVSE 需要持續(xù)監(jiān)測連接器鎖、系統(tǒng)隔離、充電電壓、充電電流和連接器溫度。如果這些參數(shù)中的任何一個超出其設(shè)定的限度，EVSE 就應(yīng)關(guān)斷。此外，設(shè)計和組裝用于 2 級直流充電器的緊湊型電纜和連接器并能確保其長期機械和電氣完整性是一項挑戰(zhàn)。這種電纜包括 5 根導(dǎo)線：+DC、-DC、通信、鎖定監(jiān)視器和保護接地。這些導(dǎo)線的一端必須可靠地連接到 EVSE，另一端連接到緊湊型充電系統(tǒng) (CCS) 連接器。如果這些連接有任何問題，EVSE 將可能需要昂貴而費時的返工，以確保可靠運行。 為了解決圍繞 2 級電動汽車裝置的 CCS 連接器和電纜的組裝問題，設(shè)計者可以使用預(yù)組裝好的帶連接電纜的緊湊型 CCS 連接器。這些電纜和連接器組件旨在用于不需要 3 級充電，但要比 1 級更快的 2 級充電設(shè)施。這些電纜適合用于北美的 1 型和用于歐洲的 2 型設(shè)施，其中 1 型符合 UL2251 的要求。 本文回顧了交流和直流 CCS 連接器和電纜之間的區(qū)別，并從尺寸和便利性方面對 2 級和 3 級直流 CCS 連接器進行了比較。此外還討論了中功率 CCS 電纜組件的幾個使用案例，最后介紹了 Phoenix Contact 的 1 型和 2 型 CCS 緊湊電纜組件以及安裝建議。 交流和直流電動車充電電纜的區(qū)別 CCS 標準充電口的設(shè)計可同時接受交流和直流充電連接器，在簡化電動車設(shè)計的同時提供了靈活性。交流充電本身功率較低，使用兩端有插拔式連接器的電纜（圖 1）。對于在較高功率水平下運行的直流充電，充電電纜的一端總是連接到 EVSE，另一端插入車輛插座。此外，直流連接器具有交流連接器所沒有的安全功能，包括鎖定機構(gòu)和溫度監(jiān)控。 
圖 1：用于直流充電的電纜一端永久地固定到 EVSE 上，另一端插入電動汽車插座。用于交流充電的電纜兩端則都有插頭。（圖片來源：Phoenix Contact） 用于 2 級和 3 級直流充電（最高 250 千瓦）的 CCS 連接器尺寸相似，均可用于普通車輛插座。主要區(qū)別是 250 kW 額定單位的電纜直徑增加了約 50%，以承載更高的功率水平，同時電纜重量也相應(yīng)增加。由于電纜小得多，額定功率高達 80 千瓦的 2 級連接器和電纜組件則明顯更輕，更容易抓握。高達 500 千瓦或更高功率的直流充電則需要車輛插座支持液體冷卻，并需要更大的連接器和電纜（表 1）。
表 1：用于額定功率為 80 kW、250 kW 和 500 kW 的直流充電器的 2 型 CCS 連接器和電纜的尺寸比較。（圖片來源：Phoenix Contact） 在 CCS 直流充電連接器系統(tǒng)中整合了鎖定機構(gòu)，以保證用戶安全并確保 EVSE 的正常運行。這些鎖定機構(gòu)設(shè)計成能夠承受高拉出力，使得在電動車充電時幾乎不可能斷開連接器。1 型連接器的鎖定機構(gòu)是一個手動夾子，如圖 2 所示。在 2 型連接器中，鎖定是通過一個電磁控制式金屬螺栓完成的。在這兩種情況下，鎖定機構(gòu)是被監(jiān)控的，其狀態(tài)通過專用連接傳達給 EVSE。
圖 2：1 型 CCS 連接器包括一個手動操作的鎖定夾。（圖片來源：Phoenix Contact） 在 CCS 直流充電連接器中需要集成溫度感應(yīng)。通過直接在電源觸頭處進行精確的溫度監(jiān)測，在過熱的情況下可以停止或減緩充電過程，以防造成用戶傷害，并保護 EVSE 免受損壞。這些連接器包括兩個 PT1000 傳感器，每個觸頭上有一個（圖 3）。這些傳感器的電阻隨著溫度的升高而線性增加，簡化了溫度監(jiān)測。溫度通過電纜中的信號線傳達給 EVSE。
圖 3：CCS 連接器觸頭上需要 PT1000 溫度傳感器，以監(jiān)測工作溫度并幫助確保安全充電。（圖片來源：Phoenix Contact） 安全連接 CCS 連接器內(nèi)部的連接尤其重要。EVSE 內(nèi)部的連接不會受到很大的機械應(yīng)力，但 CCS 連接器將會不時進行插拔操作，電纜連接將受到重復(fù)應(yīng)力（圖 4）。連接器電纜連接不當會導(dǎo)致接觸退化，結(jié)果是電阻增加或電纜失去連接，造成過熱或一根或多根電線瞬間失去連接。連接器電纜裝配不當將導(dǎo)致充電系統(tǒng)的可靠性降低，用戶不滿意，并可能導(dǎo)致 EVSE 制造商的保修費用增加。
圖 4：用于中功率直流充電的連接器尺寸較小，這對確保堅固和可靠的電纜連接具有挑戰(zhàn)性。（圖片來源：Phoenix Contact） 2 級用例 2 級直流充電預(yù)計將常用于需要比交流充電提供更多電力的地方，而更快的 3 級充電則并非必要。使用這些緊湊型連接器的 EVSE 要符合 CCS 標準，較小的外形尺寸增強了便利性和易用性。預(yù)計這些電纜將廣泛用于眾多應(yīng)用，包括： 郊區(qū)住宅：2 級直流充電器使用 240 伏交流電 (VAC)，比基本的 1 級交流電充電器的充電速度快三到七倍，具體取決于電動汽車。額外好處是，對于有太陽能板的家庭，2 級直流充電器可以直接從太陽能電池板中傳輸直流電，消除了轉(zhuǎn)換功率損失。在未來，隨著車輛到電網(wǎng) (V2G) 和車輛到家庭 (V2H) 系統(tǒng)變得更加普遍，雙向的 2 級充電器將出現(xiàn)，它將控制從車輛到家庭或電網(wǎng)的反向電力流動。 多戶住宅和城市：公寓大樓和共管社區(qū)正為居民和游客提供 2 級直流充電樁。此外，城市住宅環(huán)境中所謂的“路權(quán)”充電包括在沒有車庫的情況下，為路邊停放的汽車提供充電樁。在這兩種情況下，充電器可以為 EVSE 所有者提供收入來源，并為附近的電動汽車所有者提供便利。 汽車聚集的公共場所：2 級直流充電樁正被安裝在越來越多的公共場所，如購物和娛樂中心、學校和學院、停車場、體育場館、加油站和維修店。隨著電動車銷量的持續(xù)提升，2 級直流充電樁也在汽車經(jīng)銷商處出現(xiàn)。這些充電器用于確保電動車在交付給客戶之前充滿電，并為留作服務(wù)的電動車充電。 2 級直流連接器解決方案 當需要高達 80A 的充電電流時，EVSE 設(shè)計者可以使用 Phoenix Contact 的輕型 CCS C-Line 直流充電連接器和電纜組件。它們可以為 1 型和 2 型應(yīng)用提供各種長度的電纜。例如，1236308 充電電纜有一個 1 型連接器和一條長度為 4 米 (m) 的電纜，1236966 充電電纜有一個 2 型連接器和一條長度為 7 米的電纜。這些符合人體工程學的連接器符合所有 CCS 標準，外形小巧，便于快速連接和斷開，可用于一系列低功率充電應(yīng)用（圖 5）。如果需要，可以提供帶有公司標志的產(chǎn)品，以增強 EVSE 的品牌效應(yīng)。盡管它們體積小，但性能高，具體包括： · 鍍銀觸頭可獲得最佳性能和可靠性 · 按照 CCS 標準集成傳感器，用于監(jiān)測電源觸頭的溫度，并集成了鎖定機構(gòu) · 按照 DIN EN 50620 標準，配備擠壓絕緣和額定電壓高達 750 伏的護套，適合在惡劣環(huán)境下連接 EVSE 和電動汽車。 · 符合 IATF 16949 汽車標準和 ISO 9001 標準要求
圖 5：CCS C-Line 連接器的形狀符合人體工程學，加上其輕質(zhì)的電纜，便于抓握和操作。（圖片來源：Phoenix Contact） EVSE 集成 為了支持將 C-Line 電纜組件集成到 EVSE 中，Phoenix Contact 為設(shè)計人員提供了連接器座和電纜固定頭，包括用于 1 型連接器的 1624143 連接器座和 1424483 電纜固定頭，以及用于 2 型連接器的 1624153 連接器座和 1411134 電纜固定頭。在 EVSE 的側(cè)面或前面安裝連接器座，可以在不使用時為連接器提供一個安全的位置。連接器鎖定到位，但可以很容易地拆除。該固定座可靈活地以 0˚ 至 45˚ 的正面傾斜度進行安裝。使用電纜固定頭可以在電纜穿過 EVSE 的墻壁時保護它，如果用戶拉扯它，就可以保護電纜不受損壞，并防止灰塵和水分進入EVSE。
圖 6：用于 2 型連接器的連接器座（左）和電纜固定頭（右）有助于將 CCS C-Line 連接器和電纜組件集成到 EVSE。（圖片來源：Phoenix Contact） 結(jié)語 2 級直流充電可以為低功率的 1 級充電提供一個有用的替代方案。然而，直流充電電纜和連接器的設(shè)計伴隨著許多性能、安全和監(jiān)管方面的挑戰(zhàn)。綜上所述，通過使用現(xiàn)成的電纜/連接器組件進行 2 級充電，設(shè)計者可以迅速解決其中的許多挑戰(zhàn)，同時附帶內(nèi)在的優(yōu)勢，如更輕的重量和符合人體工程學的設(shè)計，從而實現(xiàn)更便利的使用。 |
