电动汽车充电连接器标准的现状

电动汽车 (EV) 充电连接器既标准化又不断变化
一方面,电动汽车充电连接器是基于当今的技术限制而进行标准化的,全球各主要区域市场都有标准,包括北美、日本、欧盟和中国。但目前充电技术的功率是有限的。
本文首先回顾了 EV 充电器连接器的标准化状态,然后将介绍用于更高功率和更快充电技术的液冷连接器。最后,简要介绍了新兴的 MW 级高压充电、无线充电和机会充电技术,以及适用于8类卡车和公共汽车等重型车辆的机会充电技术和连接器,以及这些发展将对汽车 EV 充电产生的潜在影响。
目前,电动汽车充电连接器的标准有所收窄。
对于交流充电,北美和日本使用 SAE J1772 Type 1 连接器,欧洲使用 IEC 62196 type 2(也称为 Mennekes)连接器,中国使用 GB/T 连接器标准。在北美和欧洲,DC 充电采用了组合充电系统 (CCS) 的新版本。CHAdeMO为日本标准,中国采用GB/T(图1)。此外,与电源电压差异相关的可用功率水平也存在地区差异。

 

图 1:全球 EV 充电连接器标准示例。

在北美销售的每辆电动汽车都可以使用带有 J1772 连接器的充电站。除特斯拉外,所有电动汽车均使用 J1772 进行 1 级 (120V) 和 2 级 (240V) 充电。特斯拉车主会收到一根适配器电缆,用于将他们的电动汽车连接到带有 J1772 连接器的充电站。
由于欧洲的住宅没有 120V 服务,因此不使用 1 级充电。为了代替 J1772,IEC 62196 2 型连接器可用于 2 级交流充电。特斯拉再次成为例外,它的大多数电动汽车都使用专有连接器。但是,少数 Tesla 型号使用 IEC 62196 2 型连接器。在欧洲和北美,特斯拉的 1 级和 2 级充电器都使用专有连接器,其他制造商的电动汽车需要适配器。
直流快速充电连接器
当前的直流快速充电器使用 480 V 主电源进行更快的充电。随着更高功率和更快充电技术的出现,预计该输入电压水平将在未来上升。在北美,CCS 1 型连接器“结合”了 J1772 连接器,在下方增加了两个高速充电引脚。在欧洲,CCS 将 IEC 62196 type 2 与两个高速充电引脚结合在一起,称为 CCS type 2。
CharIN(充电接口倡议)协会总部位于德国,其目标是建立 CCS 作为 EV DC 快速充电的全球标准。CharIN 拥有 250 多名成员,正在努力开发新技术并将其范围扩展到 8 类卡车、电动渡轮、轮船和飞机等大型车辆的 MW 充电系统。
CHAdeMo 由东京电力公司 (Tepco) 开发,在日本各地用于 EV DC 快速充电。与 CCS 系统相比,CHAdeMO 连接器不与 J1772 入口共用部分连接器。由于 CHAdeMO 严格用于直流快速充电,因此使用该连接器的电动汽车还包括一个单独的 J1772 入口,用于交流 1 级和 2 级充电,需要更大的充电端口面积来容纳两个单独的充电入口。
特斯拉是上述讨论的例外。其车辆使用相同的专有连接器进行 1 级、2 级和直流快速充电。Tesla EV 充电连接器接受所有电压。非特斯拉车辆可以使用带有适当适配器连接器的特斯拉 1 级和 2 级交流充电器。只有特斯拉汽车可以使用该公司的 Supercharger DC 快速充电站。超级充电站使用身份验证过程来确保只能为特斯拉车辆充电。即使使用适配器,也无法在特斯拉 Supercharger DC 快速充电站为非特斯拉电动汽车充电。
液冷连接器
DC极速充电 (XFC) 是一项新兴技术,用于 350kW 或更高功率的 EV 快速充电。这很好,但也带来了挑战,包括有效的热管理。
直流快速充电器依靠更大的导体来帮助最大限度地减少IR损失和热量产生。如果设计不当,电缆和连接器会变得笨重、发热并且难以处理。
越来越多地提供液体冷却作为解决方案,以释放 XFC 技术所承诺的更高性能和更短的充电时间。液冷电缆使更小的导体能够处理 500A 的电流,并将电缆重量减少约 40%。较小的电缆可以安装到现有的 CCS 连接器系统中(图 2)。此外,重量更轻的电缆更易于处理,与消费类电动汽车和轻型卡车一起使用时,可促进安全可靠的运行。

图 2:用于 475kW 直流电动汽车超快速充电的液冷连接器示例。

大功率充电技术与液体冷却相结合,支持的充电时间可与传统汽车或卡车的油箱加满油相媲美。所提出的设计可以提供 500kW 的功率(1kV 时为 500A),同时仍保持低温升(图 3)。使用符合 CCS 标准的液冷连接器的大功率 XFC 充电站也将向后兼容不支持 XFC 技术的电动汽车。

图 3:可以修改 CSS 连接器以包括液体冷却,使其能够提供 500A 的连续充电电流。 

为重型车辆充电
中型和重型汽车 (MHDV) 充电系统从标准 J1772-CCS 1 型插入式连接器开始,但越来越多地转向各种形式的 SAE J3105“使用导电自动连接设备的电动汽车电力传输系统推荐做法”。
J-3105 专注于直流充电总线和其他 MHDV,包括使用导电自动充电设备连接到车辆的一般物理、电气、功能、测试和性能要求(图 4)。它旨在确保安全可靠的充电。它定义了一种传导电力传输方法,包括路边电接触接口、车辆连接接口、直流电源的电气特性和通信系统。它还涵盖了车辆和充电器连接的功能和尺寸要求。

图 4:SAE J3105 定义了重型车辆的充电接口,包括插入式连接器(左)和受电弓连接(右)。

除了一般描述外,J-3105 中还有三个小节侧重于具体应用:
a.J3105-1,安装在基础设施上的横轨连接
b.J3105-2,车载受电弓连接
c.J3105-3:封闭式引脚和插座连接
未来的 MHDV 充电系统将基于更高的电压来支持更高的功率水平。今天的设计通常基于 480V 电源。他们正在开发下一代充电器,以使用 1200V 电源供电,以提供超过 1MW 的功率。
机会充电
机会充电是指对电池进行短时间、频繁的充电,例如在停靠期间为公共汽车或送货卡车充电 3 至 6 分钟。例如,受电弓充电系统使用 150V 至 850V 并提供高达 600kW 的功率,从而使系统能够支持各种充电需求和车辆尺寸。MHDV 的机会充电使车辆能够拥有更小、成本更低的电池组,以支持给定的行驶里程。
机会充电还可以通过减少放电深度来支持更长的电池寿命。放电深度是影响电池循环寿命的重要因素。更大的放电深度会缩短循环寿命。
除了受电弓系统之外,无线机会充电技术也在开发中。无线充电器可以嵌入停车场甚至路基,根据需要为车辆充电。当前的机会充电计划针对车队运营,通常包括充电系统和电池的远程诊断,以及车队管理软件。如果无线机会充电成为电动汽车车队的成熟技术,则有望扩展以支持消费汽车和轻型卡车的充电需求。
总结
EV 充电器连接器已实现区域标准化,以支持当前的充电技术。未来,预计将继续使用交流充电 1 级和 2 级连接器。但要获得更高功率的直流充电以支持 XFC 和其他技术,连接器技术需要改变。
业界正在寻求的一项建议是在电缆和连接器中添加液体冷却,以使现有的直流快速充电连接器格式能够支持更高的功率水平而不会过热。
此外,SAE 最近推出了定义重型车辆充电接口的 J3105 标准。J3105 不仅预计充电速率超过 1MW,还支持新的连接机制,包括受电弓、横轨和插针和插座连接。受电弓和交叉铁路连接有望支持大型电动汽车的机会充电。此外,正在为所有类型的电动汽车充电应用开发无线充电技术,包括机会充电。
来源:连接器世界网

 


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