緊湊型 CCS 纜線提供第 2 級快速 DC 充電

需要方便可靠的充電來消除電動車 (EV) 牽涉的「里程焦慮」。為了滿足這些需求，電動車服務設備 (EVSE) 基礎設施的設計人員需要納入各種充電選項，包括住宅、商業和零售環境中的中功率、第 2 級、直流 (DC) 快速充電器，可提供高達 80 A；高功率、第 3 級、超快速充電器，可提供高達 500 ADC；過夜與緊急充電用的更低功率、第 1 級、交流 (AC) 充電。

然而，電動車的直流充電相當複雜。EVSE 需要持續監測連接器鎖定、系統隔離、充電電壓、充電電流和連接器溫度。如果這些參數中的任何一項超出其設定限制，EVSE 就會關斷。此外，要設計、組裝和確保第 2 級直流充電器的緊湊型纜線和連接器，具有長期的機械和電氣完整性，其實並不容易。纜線含有 5 根導線：+DC、-DC、通訊、鎖定監測器、防護接地。這些導線必須可靠地連接到 EVSE 的一端，另一端則連接緊湊型充電系統 (CCS) 連接器。如果這些連接中的任何一個發生故障，EVSE 可能需要昂貴且耗時的返工才能確保可靠運行。

為了解決第 2 級 EVSE 的 CCS 連接器和纜線的相關組裝問題，設計人員可以使用預組裝的緊湊型 CCS 連接器和隨附纜線。這些纜線和連接器元件的設計可用於不需要第 3 級充電的場所，但偏好第 2 級而非第 1 級的地方。這些纜線有提供北美用的第 1 型，以及歐洲用的第 2 型；第 1 型更符合 UL2251 的要求。

本文將探討 AC 和 DC CCS 連接器和纜線之間的差異，並在尺寸和便利性方面進行第 2 級和第 3 級 DC CCS 連接器的比較。也會探討中功率 CCS 纜線元件的幾個使用案例，然後介紹 Phoenix Contact 推出的第 1 型和第 2 型 CCS 緊湊式纜線元件，並提供安裝建議。

AC 和 DC 電動車充電纜線的區別

CCS 標準充電輸入插孔的設計可接受交流和直流充電連接器，不僅具備靈活性，還可簡化 EV 設計。交流充電本身的功率較低，並且纜線的兩端皆搭配可插拔的連接器 (圖 1)。對於在較高功率位準下工作的直流充電，充電纜線的一端始終連接到 EVSE，另一端的連接器則插入車輛的插座中。此外，直流連接器還具有交流連接器所沒有的安全功能，包括鎖定機制和溫度監測。

圖 1：直流充電用的纜線永久連接到 EVSE，並且插入 EV 插座。交流充電用的纜線兩端都有插頭。(圖片來源：Phoenix Contact)

第 2 級和第 3 級直流充電的 CCS 連接器，功率高達 250 kW，尺寸彼此相似，可用於常見的車輛輸入插孔。主要區別在於，250 kW 額定功率的裝置，纜線直徑增大約 50%，可承載更高的功率位準，纜線重量也隨之增加。額定功率高達 80 kW 的第 2 級連接器與纜線組件，因為纜線直徑小很多，因此重量明顯更輕，更容易握持。高達 500 kW 以上的高功率直流充電則需要不同的車輛輸入插孔，不僅要支援水冷，且連接器與纜線都要更大。

表 1：額定功率為 80 kW、250 kW 和 500 kW 的直流充電器用的第 2 型 CCS 連接器和纜線的尺寸比較。(圖片來源：Phoenix Contact)

鎖定機制整合在 CCS 直流充電連接器系統中，以確保使用者安全以及 EVSE 的正常操作。這些鎖的設計可承受高拔出力，因此在電動車充電時，幾乎不可能斷開連接器。第 1 型連接器中的鎖定機制採用手動夾具，如圖 2 所示。第 2 型連接器的鎖定則採用電磁控制的金屬螺栓來達成。在這兩種情況下，鎖受機制都會受到監測，其狀態會透過專用的連接傳遞到 EVSE。

圖 2：第 1 型 CCS 連接器含有一個手動操作的鎖定夾。(圖片來源：Phoenix Contact)

CCS 直流充電連接器需要整合式溫度感測。在電源觸點上直接進行精確的溫度監測，就可在過熱情況下停止或減慢充電過程，以免使用者遭受危險，並避免 EVSE 受損。這些連接器含有兩個 PT1000 感測器，每個觸點上有一個 (圖 3)。這些感測器的電阻會隨溫度升高而線性增加，因此可簡化溫度監測。溫度會透過纜線中的訊號線傳送到 EVSE。

圖 3：CCS 連接器觸點上需具備 PT1000 溫度感測器來監測工作溫度，協助確保安全充電。(圖片來源：Phoenix Contact)

安全連接

CCS 連接器內部的連接尤其重要。EVSE 內部的連接不會受到明顯的機械應力，但 CCS 連接器會定期配接和拔除，因此纜線連接會承受重複出現的應力 (圖 4)。連接不當的連接器纜線可能導致觸點劣化，表現型式包括電阻增加或纜線鬆脫，進而導致過熱，或一個以上的導線連接鬆脫。如果連接器纜線組裝不當，會導致充電系統的可靠性降低、使用者不滿意，以及 EVSE 製造商要承擔的潛在保固費用。

圖 4：中功率直流充電用的連接器尺寸小，因此很難確保達到堅固可靠的纜線連接。(圖片來源：Phoenix Contact)

第 2 級使用案例

在充電需求大於交流充電所能提供，但又未必需要更快速的第 3 級充電之處，第 2 級直流充電預期會更受歡迎。使用這些緊湊型連接器的 EVSE 符合 CCS 標準，而且更小的外形尺寸可提升使用簡便性。預計將可推廣到眾多應用，包括：

郊區住宅：第 2 級 DC 充電器採用 240 VAC 電源，比起基本的第 1 級交流充電器，充電速度快 3 到 7 倍，視 EV 而定。還有一個好處在於，對於具有太陽能板的家庭來說，第 2 級 DC 充電器可以直接從太陽能陣列傳輸直流電，因此不會有轉換上的功率損耗。未來，隨著車輛對電網 (V2G) 以及車輛對家庭 (V2H) 系統越來越普遍，雙向第 2 級充電器將可用來控制從車輛到家庭或到電網的反向電力流。

多戶住宅和都會區：公寓大樓和集合住宅社區可提供第 2 級 DC 充電器供住戶與訪客使用。此外，在都會住宅環境中所謂的「路權」充電更包括，在沒有車庫的情況下，為路邊停車的車輛提供充電器。在這兩種情況下，充電器都可以為 EVSE 擁有者創造收益流，為街坊的電動車車主提供便利。

車輛聚集的公共場所：越來越多公共場所都在安裝第 2 級 DC 充電器，如購物和娛樂中心、各級學校、停車場，體育場館、加油站和維修廠。隨著電動車銷量持續增長，汽車經銷處也逐漸提供第 2 級 DC 充電器。這些充電器可用來確保在交車給客戶前，電動車已經充飽電，並可針對留廠維護的車輛進行充電。

第 2 級 DC 連接器解決方案

需要高達 80 A 的充電電流時，EVSE 設計人員可以轉用 Phoenix Contact 的輕量型 CCS C-Line 直流充電連接器和纜線元件。提供多種纜線長度，適用於第 1 型和第 2 型應用。例如，充電纜線 1236308 具有第 1 型連接器，纜線長度為 4m，充電纜線 1236966 則有第 2 型連接器和 7 m 纜線。這些符合人體工學的連接器皆符合 CCS 標準並採用小巧外型，有利於快速連接和斷開，適用於多種低功率充電應用 (圖 5)。如果需要，供貨時可以附加公司標誌，以強化 EVSE 品牌。儘管體積小巧，但具有高效能，包括：

• 鍍銀觸點，可達到最佳效能和可靠性
• 具有整合式感測器，可監測電源觸點的溫度，並具有符合 CCS 標準的整合式鎖定機制
• 符合 DIN EN 50620 標準，以及擠壓絕緣和護套，額定值高達 750 V，可在惡劣環境中連接 EVSE 與電動車
• 相容於 IATF 16949 汽車標準和 ISO 9001 的要求

圖 5：CCS C-Line 連接器的人體工學外型，加上輕量纜線，有利於簡化操作並提供便利。(圖片來源：Phoenix Contact)

EVSE 整合

為了支援 C-Line 纜線元件整合到 EVSE 中，Phoenix Contact 為設計人員提供連接器支架和纜線接頭，包括用於第 1 型連接器的 1624143 連接器支架和 1424483 纜線接頭；用於第 2 型連接器的 1624153 連接器支架和 1411134 纜線接頭。在 EVSE 的側面或正面安裝連接器支架，就可讓連接器在未使用情況下，有一個固定位置。連接器就可鎖定到位，但又可輕鬆拔除。此支架可靈活地安裝在正面傾斜度 0° 至 45° 的位置。纜線接頭可在纜線穿過 EVSE 壁面時保護纜線，在使用者拉扯纜線時保護纜線以免受損，並避免灰塵和濕氣進入 EVSE。

圖 6：用於第 2 型連接器的連接器支架 (左) 和纜線接頭 (右)，有助於將 CCS C-Line 連接器和纜線元件整合到 EVSE 中。(圖片來源：Phoenix Contact)

結論

第 2 級 DC 充電是較低功率第 1 級充電的高價值替代方案。然而，要設計直流充電纜線和連接器，在效能、安全和合規層面也帶來諸多挑戰。如本文所述，使用現成的纜線／連接器組件進行第 2 級充電，設計人員就可迅速因應其中的許多難題，更享有其本質上的優勢，例如更輕量且人體工學的設計，能提供更高的使用簡便性。

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