作者：Jeff Shepard

　　需要無處不在的充電基礎(chǔ)設(shè)施來支持即將到來的電動汽車 (EV) 使用激增。設(shè)計(jì)人員面臨著開發(fā)廣泛的基礎(chǔ)設(shè)施解決方案的挑戰(zhàn)，這些解決方案可用于住宅、酒店、商店和餐館、商業(yè)和工業(yè)場所、停車場、加油站、休息站和其他始終可用且方便的 EV 充電場所。在某些情況下，用戶時(shí)間充裕，在較長時(shí)間內(nèi)只需要幾千瓦 (kW) 的交流電 (AC) 充電功率。在其他情況下，時(shí)間至關(guān)重要，用戶將需要數(shù)百千瓦的直流電 (DC) 在幾分鐘內(nèi)為電動汽車充電。

　　設(shè)計(jì)人員需要能夠處理低功率交流電、高功率直流電以及介于兩者之間的一系列功率水平的各種連接器選項(xiàng)。這些連接器需要符合人體工程學(xué)以便為用戶提供便利，并且它們需要堅(jiān)固且易于安裝以支持電動汽車制造商對經(jīng)濟(jì)高效且可靠的解決方案的需求。充電手柄和電源插座必須滿足組合充電系統(tǒng) (CCS) 標(biāo)準(zhǔn)、SAE J1772 和 IEC 62196 的要求。

　　本文回顧了從住宅的低功率交流充電器到各種商業(yè)場所的高功率充電 (HPC) 的一系列設(shè)置中的 EV 充電器的技術(shù)要求，包括電氣性能和接口標(biāo)準(zhǔn)以及 HPC 中對液體冷卻的需求安裝。然后展示了Phoenix Contact的一系列交流和直流充電入口、手柄和電纜系統(tǒng)，它們支持所有類型的 EV 充電器設(shè)計(jì)需求，以及用于 HPC 電纜和連接器的液體冷卻系統(tǒng)。

　　北美、歐洲和中國已經(jīng)制定了電動汽車充電標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的連接器。北美和歐洲的標(biāo)準(zhǔn)都基于組合充電系統(tǒng) (CCS) 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)將交流和直流充電結(jié)合在車輛的單個入口中。 CCS type 1 連接器在北美和韓國流行，CCS type 2 連接器在歐洲、中東、南非、南美、澳大利亞、新西蘭和其他一些地區(qū)都有使用。中國已經(jīng)按照 GB/T 標(biāo)準(zhǔn)走了自己的路，該標(biāo)準(zhǔn)要求單獨(dú)的交流和直流充電入口(圖 1)。

　　圖 1：北美、歐洲和中國已按區(qū)域制定了電動汽車充電標(biāo)準(zhǔn)。 (圖片來源：菲尼克斯電氣)

　　CCS 類型

　　CCS 標(biāo)準(zhǔn)有兩個版本，Type 1 和 Type 2。Type 1 符合 SAE J1772 和 IEC 62196-3 標(biāo)準(zhǔn)，是為北美市場開發(fā)的。交流和直流充電連接器的結(jié)構(gòu)與通用的 CCS 車輛插座兼容。

　　類型 2 也符合 IEC 62196-3 但不符合 SAE J1772。如上所述，它最初是在歐洲開發(fā)的，并已在多個地區(qū)采用。 2 型交流和直流充電連接器也與常見的 CCS 車輛插座兼容。

　　GB/T 20234充電標(biāo)準(zhǔn)僅在中國使用。在這種情況下，AC 和 DC 連接器具有不同的接口，需要在車輛上使用單獨(dú)的入口。

　　圖 2：CCS 類型 1(左)、CCS 類型 2(中)和 GB/T(右)EV 充電電源入口示例。 (圖片來源：菲尼克斯電氣)

　　充電方式

　　除了 CCS Type 1 和 Type 2 連接器之間的物理差異外，北美和歐洲使用不同的充電模式。低功率模式使用車載 EV 充電器，而高功率模式則依賴外部充電器。此外，更高的功率水平可能會帶來更大的熱挑戰(zhàn)，并受益于更高精度的溫度監(jiān)控。

　　北美 SAE J1772 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可三種模式或級別：

　　1 級主要用于住宅環(huán)境，使用 120 伏交流電 (Vac) 提供高達(dá)約 1.9 千瓦 (kW) 的功率。

　　Level 2 使用更高電壓的 208/240 單相交流電。這稱為“快速交流電充電”，可為車載 EV 充電器提供約 19 kW 的功率。

　　第 3 級是使用外部直流充電器進(jìn)行直流充電?；疽?guī)格適用于高達(dá) 400 安培 (A) 的600 V DC ，最大功率為 240 kW。先進(jìn)的設(shè)計(jì)可以提供 1 千伏直流 (kV DC ) 和 500 A，總功率為 500 kW。

　　IEC 61851-1 定義了四種充電模式。模式 1、2 和 3 使用 EV 的車載充電器：

　　模式 1 和 2 用于低功率交流充電。模式 1 電纜直接插入交流電源插座，可用功率有限。模式 2 也直接插入交流電源，但增加了一個電纜內(nèi)控制和保護(hù)設(shè)備，以安全地提供高達(dá) 15 kW 的三相交流電。

　　模式 3 是快速交流充電，使用充電站提供高達(dá) 120 kW 的交流電。 Level 3 充電器可選擇在外部交流電源和車載充電器之間包含高級通信 (HLC) 協(xié)議以進(jìn)行充電控制。

　　模式 4 是快速直流充電，可以直接向電池提供數(shù)百千瓦的電力。模式 4 需要 HLC 來提供充電器控制所需的反饋。

　　熱保護(hù)

　　交流和直流充電器電纜均提供熱保護(hù)。對于高達(dá) 80 A 的交流充電，正溫度系數(shù) (PTC) 熱敏電阻鏈很常見。它由一系列設(shè)備組成，每個觸點(diǎn)都有一個。如果超過限制溫度，監(jiān)測電阻值可確保安全關(guān)閉。

　　更高精度的 Pt1000 傳感器用于大功率充電器的觸點(diǎn)上，以確?？焖夙憫?yīng)并使系統(tǒng)能夠在大功率水平下持續(xù)運(yùn)行。

　　AC 入口和布線選項(xiàng)

　　對于交流充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員，Phoenix Contact 提供全系列的通用充電插座，可以接受交流或直流輸入，以及滿足北美 1 型和歐洲 2 型要求的專用交流專用插座，適用于不需要直流充電的車輛。這些組件包括一條 2 米長的電源線和 1 米長的電纜，用于鎖定執(zhí)行器、溫度傳感器和通信。它們具有鎖定機(jī)制、溫度傳感器和防塵蓋。用于 IEC 62196-2 和 SAE J1772 類型 1 應(yīng)用的布線示例包括：

　　1271960型車輛充電插座可處理高達(dá) 12 kW 的單相交流電源。該入口的額定插入/取出周期超過 10,000 次。

　　更高功率的應(yīng)用可以使用 1271836 型號，額定單相交流功率高達(dá) 20 kW。包括一個鎖定執(zhí)行器和保護(hù)蓋。

　　Phoenix Contact 還提供一系列交流充電電纜，包括：

　　型號1277166與 SAE J1772 Type 1 車載充電器一起使用。它的一端有一個車輛充電連接器，另一端是開放的，用于永久性充電器連接。它包括 PTC 鏈熱感應(yīng)，可處理高達(dá) 20 kW 的單相交流電源。它包括一根 25 英尺長的電纜(圖 3)。

　　1627692型移動交流充電電纜，一端帶有用于 2 型入口的車輛充電連接器，另一端帶有基礎(chǔ)設(shè)施交流連接器，可與 2 型 IEC 62196-2 充電器一起使用。該電纜組件可提供高達(dá) 26.6 kW 的三相交流電源，包括用于 HLC 連接的觸點(diǎn)，并且長 5 m。

　　圖 3：額定功率為 20 kW 的移動交流充電電纜組件。 (圖片來源：菲尼克斯電氣)

　　直流充電線

　　Phoenix Contact 為私人住宅、公寓大樓、企業(yè)和停車設(shè)施中使用的中等功率充電系統(tǒng)提供其 CCS C-Line 直流充電電纜。這些電纜可用于 1 型和 2 型設(shè)計(jì)，并且組件具有車輛充電連接器，一端帶有溫度傳感器，另一端帶有開放式電纜連接。類型 1 設(shè)計(jì)的示例包括：

　　額定功率為 40 kW 的5 m 長型號1105880

　　7 m 長的型號1236563額定功率為 80 kW(圖 4)

　　圖 4：此直流充電連接器的額定功率為 80 kW，電纜長 7 m。 (圖片來源：菲尼克斯電氣)

　　通用充電口

　　1210900型通用充電插座適用于交流和直流 CCS 類型 1、IEC 62196-2、IEC 62196-3 連接器，額定電流高達(dá) 200 A 和 1 kV DC，或 80 A 和 250 Vac 單相。直流觸點(diǎn)有兩個 PT1000 熱傳感器，交流觸點(diǎn)有 PTC 鏈熱感應(yīng)方案。

　　500 kW 直流布線系統(tǒng)

　　高功率模式 4 HPC 直流充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員可以求助于1085658布線系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括液冷車輛連接器和電纜，可在 1 kV直流時(shí)提供高達(dá) 500 A 的電流。它符合 CSS Type 1、SAE J1772 和 IEC 62196-3-1 要求。該系統(tǒng)包括用于溫度監(jiān)測、電纜斷裂和冷卻劑泄漏的傳感器(圖 5)。溫度監(jiān)測是通過兩個用于直流觸點(diǎn)的 NTC 和兩個用于電纜中直流電源線的 NTC 實(shí)現(xiàn)的。

　　圖 5：這種大功率直流充電電纜組件是一個復(fù)雜的系統(tǒng)。 (圖片來源：菲尼克斯電氣)

　　Phoenix Contact 還提供帶有這些直流充電電纜的獨(dú)立冷卻裝置。它包括一個變速風(fēng)扇和泵，可為大功率直流充電系統(tǒng)提供優(yōu)化的冷卻(圖 6)。泵和風(fēng)扇的工作電壓為 0 V DC至 10 V DC，風(fēng)扇最大消耗 1.97 A，而泵需要高達(dá) 1.8 A。冷卻溶液是 50% 水和 50% 乙二醇的混合物。電纜和接線長 1.5 米。當(dāng)與 1085658 布線結(jié)合使用時(shí)，系統(tǒng)的冷卻能力為 3 m 電纜 600 W、4 m 電纜 800 W、5 m 電纜 900 W 和 6 m 電纜 1050 W。

　　圖 6：用于大功率直流充電電纜的液體冷卻系統(tǒng)。 (圖片來源：菲尼克斯電氣)

　　概括

　　需要范圍廣泛的 EV充電器樣式和功率級別，以便為廣泛采用的 EV 提供全面的充電基礎(chǔ)設(shè)施。設(shè)計(jì)人員必須開發(fā)充電器設(shè)計(jì)，從使用內(nèi)部 EV 電池充電器電路的低功率 1.9 kW AC 充電器，到具有繞過內(nèi)部充電電路并直接為電池充電的液冷電纜的 HPC 500 kW DC 充電器。在這些極端之間，將需要范圍廣泛的充電器功率水平和充電模式，以支持在私人住宅和公寓樓、酒店、商店和餐館、商業(yè)和工業(yè)場所、停車場、加油站、休息站始終可用的 EV 充電, 和其他位置。