作者：Jeff Shepard

　　需要无处不在的充电基础设施来支持即将到来的电动汽车 (EV) 使用激增。设计人员面临着开发广泛的基础设施解决方案的挑战，这些解决方案可用于住宅、酒店、商店和餐馆、商业和工业场所、停车场、加油站、休息站和其他始终可用且方便的 EV 充电场所。在某些情况下，用户时间充裕，在较长时间内只需要几千瓦 (kW) 的交流电 (AC) 充电功率。在其他情况下，时间至关重要，用户将需要数百千瓦的直流电 (DC) 在几分钟内为电动汽车充电。

　　设计人员需要能够处理低功率交流电、高功率直流电以及介于两者之间的一系列功率水平的各种连接器选项。这些连接器需要符合人体工程学以便为用户提供便利，并且它们需要坚固且易于安装以支持电动汽车制造商对经济高效且可靠的解决方案的需求。充电手柄和电源插座必须满足组合充电系统 (CCS) 标准、SAE J1772 和 IEC 62196 的要求。

　　本文回顾了从住宅的低功率交流充电器到各种商业场所的高功率充电 (HPC) 的一系列设置中的 EV 充电器的技术要求，包括电气性能和接口标准以及 HPC 中对液体冷却的需求安装。然后展示了Phoenix Contact的一系列交流和直流充电入口、手柄和电缆系统，它们支持所有类型的 EV 充电器设计需求，以及用于 HPC 电缆和连接器的液体冷却系统。

　　北美、欧洲和中国已经制定了电动汽车充电标准和相应的连接器。北美和欧洲的标准都基于组合充电系统 (CCS) 标准，该标准将交流和直流充电结合在车辆的单个入口中。 CCS type 1 连接器在北美和韩国流行，CCS type 2 连接器在欧洲、中东、南非、南美、澳大利亚、新西兰和其他一些地区都有使用。中国已经按照 GB/T 标准走了自己的路，该标准要求单独的交流和直流充电入口(图 1)。

　　图 1：北美、欧洲和中国已按区域制定了电动汽车充电标准。 (图片来源：菲尼克斯电气)

　　CCS 类型

　　CCS 标准有两个版本，Type 1 和 Type 2。Type 1 符合 SAE J1772 和 IEC 62196-3 标准，是为北美市场开发的。交流和直流充电连接器的结构与通用的 CCS 车辆插座兼容。

　　类型 2 也符合 IEC 62196-3 但不符合 SAE J1772。如上所述，它最初是在欧洲开发的，并已在多个地区采用。 2 型交流和直流充电连接器也与常见的 CCS 车辆插座兼容。

　　GB/T 20234充电标准仅在中国使用。在这种情况下，AC 和 DC 连接器具有不同的接口，需要在车辆上使用单独的入口。

　　图 2：CCS 类型 1(左)、CCS 类型 2(中)和 GB/T(右)EV 充电电源入口示例。 (图片来源：菲尼克斯电气)

　　充电方式

　　除了 CCS Type 1 和 Type 2 连接器之间的物理差异外，北美和欧洲使用不同的充电模式。低功率模式使用车载 EV 充电器，而高功率模式则依赖外部充电器。此外，更高的功率水平可能会带来更大的热挑战，并受益于更高精度的温度监控。

　　北美 SAE J1772 标准认可三种模式或级别：

　　1 级主要用于住宅环境，使用 120 伏交流电 (Vac) 提供高达约 1.9 千瓦 (kW) 的功率。

　　Level 2 使用更高电压的 208/240 单相交流电。这称为“快速交流电充电”，可为车载 EV 充电器提供约 19 kW 的功率。

　　第 3 级是使用外部直流充电器进行直流充电。基本规格适用于高达 400 安培 (A) 的600 V DC ，最大功率为 240 kW。先进的设计可以提供 1 千伏直流 (kV DC ) 和 500 A，总功率为 500 kW。

　　IEC 61851-1 定义了四种充电模式。模式 1、2 和 3 使用 EV 的车载充电器：

　　模式 1 和 2 用于低功率交流充电。模式 1 电缆直接插入交流电源插座，可用功率有限。模式 2 也直接插入交流电源，但增加了一个电缆内控制和保护设备，以安全地提供高达 15 kW 的三相交流电。

　　模式 3 是快速交流充电，使用充电站提供高达 120 kW 的交流电。 Level 3 充电器可选择在外部交流电源和车载充电器之间包含高级通信 (HLC) 协议以进行充电控制。

　　模式 4 是快速直流充电，可以直接向电池提供数百千瓦的电力。模式 4 需要 HLC 来提供充电器控制所需的反馈。

　　热保护

　　交流和直流充电器电缆均提供热保护。对于高达 80 A 的交流充电，正温度系数 (PTC) 热敏电阻链很常见。它由一系列设备组成，每个触点都有一个。如果超过限制温度，监测电阻值可确保安全关闭。

　　更高精度的 Pt1000 传感器用于大功率充电器的触点上，以确保快速响应并使系统能够在大功率水平下持续运行。

　　AC 入口和布线选项

　　对于交流充电系统的设计人员，Phoenix Contact 提供全系列的通用充电插座，可以接受交流或直流输入，以及满足北美 1 型和欧洲 2 型要求的专用交流专用插座，适用于不需要直流充电的车辆。这些组件包括一条 2 米长的电源线和 1 米长的电缆，用于锁定执行器、温度传感器和通信。它们具有锁定机制、温度传感器和防尘盖。用于 IEC 62196-2 和 SAE J1772 类型 1 应用的布线示例包括：

　　1271960型车辆充电插座可处理高达 12 kW 的单相交流电源。该入口的额定插入/取出周期超过 10,000 次。

　　更高功率的应用可以使用 1271836 型号，额定单相交流功率高达 20 kW。包括一个锁定执行器和保护盖。

　　Phoenix Contact 还提供一系列交流充电电缆，包括：

　　型号1277166与 SAE J1772 Type 1 车载充电器一起使用。它的一端有一个车辆充电连接器，另一端是开放的，用于永久性充电器连接。它包括 PTC 链热感应，可处理高达 20 kW 的单相交流电源。它包括一根 25 英尺长的电缆(图 3)。

　　1627692型移动交流充电电缆，一端带有用于 2 型入口的车辆充电连接器，另一端带有基础设施交流连接器，可与 2 型 IEC 62196-2 充电器一起使用。该电缆组件可提供高达 26.6 kW 的三相交流电源，包括用于 HLC 连接的触点，并且长 5 m。

　　图 3：额定功率为 20 kW 的移动交流充电电缆组件。 (图片来源：菲尼克斯电气)

　　直流充电线

　　Phoenix Contact 为私人住宅、公寓大楼、企业和停车设施中使用的中等功率充电系统提供其 CCS C-Line 直流充电电缆。这些电缆可用于 1 型和 2 型设计，并且组件具有车辆充电连接器，一端带有温度传感器，另一端带有开放式电缆连接。类型 1 设计的示例包括：

　　额定功率为 40 kW 的5 m 长型号1105880

　　7 m 长的型号1236563额定功率为 80 kW(图 4)

　　图 4：此直流充电连接器的额定功率为 80 kW，电缆长 7 m。 (图片来源：菲尼克斯电气)

　　通用充电口

　　1210900型通用充电插座适用于交流和直流 CCS 类型 1、IEC 62196-2、IEC 62196-3 连接器，额定电流高达 200 A 和 1 kV DC，或 80 A 和 250 Vac 单相。直流触点有两个 PT1000 热传感器，交流触点有 PTC 链热感应方案。

　　500 kW 直流布线系统

　　高功率模式 4 HPC 直流充电系统的设计人员可以求助于1085658布线系统，该系统包括液冷车辆连接器和电缆，可在 1 kV直流时提供高达 500 A 的电流。它符合 CSS Type 1、SAE J1772 和 IEC 62196-3-1 要求。该系统包括用于温度监测、电缆断裂和冷却剂泄漏的传感器(图 5)。温度监测是通过两个用于直流触点的 NTC 和两个用于电缆中直流电源线的 NTC 实现的。

　　图 5：这种大功率直流充电电缆组件是一个复杂的系统。 (图片来源：菲尼克斯电气)

　　Phoenix Contact 还提供带有这些直流充电电缆的独立冷却装置。它包括一个变速风扇和泵，可为大功率直流充电系统提供优化的冷却(图 6)。泵和风扇的工作电压为 0 V DC至 10 V DC，风扇最大消耗 1.97 A，而泵需要高达 1.8 A。冷却溶液是 50% 水和 50% 乙二醇的混合物。电缆和接线长 1.5 米。当与 1085658 布线结合使用时，系统的冷却能力为 3 m 电缆 600 W、4 m 电缆 800 W、5 m 电缆 900 W 和 6 m 电缆 1050 W。

　　图 6：用于大功率直流充电电缆的液体冷却系统。 (图片来源：菲尼克斯电气)

　　概括

　　需要范围广泛的 EV充电器样式和功率级别，以便为广泛采用的 EV 提供全面的充电基础设施。设计人员必须开发充电器设计，从使用内部 EV 电池充电器电路的低功率 1.9 kW AC 充电器，到具有绕过内部充电电路并直接为电池充电的液冷电缆的 HPC 500 kW DC 充电器。在这些极端之间，将需要范围广泛的充电器功率水平和充电模式，以支持在私人住宅和公寓楼、酒店、商店和餐馆、商业和工业场所、停车场、加油站、休息站始终可用的 EV 充电, 和其他位置。