作者：Jeff Shepard

　　需要無處不在的充電基礎設施來支持即將到來的電動汽車 (EV) 使用激增。設計人員面臨著開發廣泛的基礎設施解決方案的挑戰，這些解決方案可用于住宅、酒店、商店和餐館、商業和工業場所、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，用戶時間充裕，在較長時間內只需要幾千瓦 (kW) 的交流電 (AC) 充電功率。在其他情況下，時間至關重要，用戶將需要數百千瓦的直流電 (DC) 在幾分鐘內為電動汽車充電。

　　設計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。這些連接器需要符合人體工程學以便為用戶提供便利，并且它們需要堅固且易于安裝以支持電動汽車制造商對經濟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 (CCS) 標準、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場所的高功率充電 (HPC) 的一系列設置中的 EV 充電器的技術要求，包括電氣性能和接口標準以及 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，它們支持所有類型的 EV 充電器設計需求，以及用于 HPC 電纜和連接器的液體冷卻系統。

　　北美、歐洲和中國已經制定了電動汽車充電標準和相應的連接器。北美和歐洲的標準都基于組合充電系統 (CCS) 標準，該標準將交流和直流充電結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都有使用。中國已經按照 GB/T 標準走了自己的路，該標準要求單獨的交流和直流充電入口(圖 1)。

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

　　CCS 類型

　　CCS 標準有兩個版本，Type 1 和 Type 2。Type 1 符合 SAE J1772 和 IEC 62196-3 標準，是為北美市場開發的。交流和直流充電連接器的結構與通用的 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的，并已在多個地區采用。 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充電標準僅在中國使用。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，并受益于更高精度的溫度監控。

　　北美 SAE J1772 標準認可三種模式或級別：

　　1 級主要用于住宅環境，使用 120 伏交流電 (Vac) 提供高達約 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行直流充電。基本規格適用于高達 400 安培 (A) 的600 V DC ，最大功率為 240 kW。先進的設計可以提供 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控制和保護設備，以安全地提供高達 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 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) 協議以進行充電控制。

　　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

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

　　更高精度的 Pt1000 傳感器用于大功率充電器的觸點上，以確保快速響應并使系統能夠在大功率水平下持續運行。

　　AC 入口和布線選項

　　對于交流充電系統的設計人員，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，用于鎖定執行器、溫度傳感器和通信。它們具有鎖定機制、溫度傳感器和防塵蓋。用于 IEC 62196-2 和 SAE J1772 類型 1 應用的布線示例包括：

　　1271960型車輛充電插座可處理高達 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。

　　更高功率的應用可以使用 1271836 型號，額定單相交流功率高達 20 kW。包括一個鎖定執行器和保護蓋。

　　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，可處理高達 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，另一端帶有基礎設施交流連接器，可與 2 型 IEC 62196-2 充電器一起使用。該電纜組件可提供高達 26.6 kW 的三相交流電源，包括用于 HLC 連接的觸點，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、企業和停車設施中使用的中等功率充電系統提供其 CCS C-Line 直流充電電纜。這些電纜可用于 1 型和 2 型設計，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 設計的示例包括：

　　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 200 A 和 1 kV DC，或 80 A 和 250 Vac 單相。直流觸點有兩個 PT1000 熱傳感器，交流觸點有 PTC 鏈熱感應方案。

　　500 kW 直流布線系統

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

　　圖 5：這種大功率直流充電電纜組件是一個復雜的系統。 (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立冷卻裝置。它包括一個變速風扇和泵，可為大功率直流充電系統提供優化的冷卻(圖 6)。泵和風扇的工作電壓為 0 V DC至 10 V DC，風扇最大消耗 1.97 A，而泵需要高達 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。當與 1085658 布線結合使用時，系統的冷卻能力為 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。 (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設施。設計人員必須開發充電器設計，從使用內部 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、商業和工業場所、停車場、加油站、休息站始終可用的 EV 充電, 和其他位置。