V principu existují dva typy nabíjecích stanic. Pomalé nabíjecí stanice střídavým proudem, kde se výkon pohybuje v řádech několika kW a stanice se stejnosměrným proudem, kde se výkon pohybuje ve stovkách kW a nabíjení trvá mnohem kratší chvíli. Pro každý typ nabíjení je nutné použít příslušný typ konektoru, aby se bezpečně přenesl proud z nabíjecí stanice do elektrovozidla. Rukojeť konektoru se musí pohodlně držet a její zasunutí do zásuvky musí být snadné a zároveň robustní a bezpečné. Konektory a zásuvky musí splňovat požadavky normy kombinovaného nabíjecího systému (CCS - combined charging systém ) SAE J1772 a IEC 62196.
Článek představí řadu střídavých i stejnosměrných zásuvek, konektorů a kompletních kabelových systémů od Phoenix Contact, které vyhovují potřebám všech typů EV nabíječek, a to od nízko výkonových až po vysoko výkonové nabíjecí stanice chlazené kapalnou (HPC – high power charging).
Konektory CCS typu 1 převládají v Severní Americe a Koreji a konektory CCS typu 2 se nacházejí v Evropě, na Středním východě, v Jižní Africe, Jižní Americe, Austrálii, na Novém Zélandu a v některých dalších oblastech. Čína se vydala svou vlastní cestou se standardem GB/T, který má samostatné vstupy pro AC a DC nabíjení (obrázek 1).
Obrázek 1: Standardy nabíjení elektromobilů ve světě. (Zdroj obrázku: Phoenix Contact)
Standard CCS
Existují dvě verze standardu CCS, typ 1 a typ 2. Typ 1 splňuje normy SAE J1772 a IEC 62196-3 a byl vyvinut pro severoamerický trh. Struktura AC a DC nabíjecích konektorů je kompatibilní s běžnou CCS zásuvkou vozidla.
Typ 2 také splňuje IEC 62196-3, ale ne SAE J1772. Původně byl vyvinut v Evropě a byl přijat v několika regionech, jak je uvedeno výše. AC a DC nabíjecí konektory typu 2 jsou také kompatibilní s běžnou CCS zásuvkou vozidla. Nabíjecí standard GB/T 20234 se používá pouze v Číně. V tomto případě mají AC a DC konektory různá rozhraní a vyžadují, aby na vozidle byly použity samostatné zásuvky.
Obrázek 2: Příklady zásuvek pro nabíjení EV CCS typu 1 (vlevo), CCS typu 2 (uprostřed) a GB/T (vpravo). (Zdroj obrázku: Phoenix Contact)
Režimy nabíjení
Kromě fyzických rozdílů mezi konektory CCS Type 1 a Type 2 se v Severní Americe a Evropě používají různé režimy nabíjení. Režimy s nižším výkonem využívají integrovanou EV nabíječku, zatímco režimy s vyšším výkonem spoléhají na externí nabíječky. S vyšší úrovní výkonu souvisí problémy s teplotou a proto je nutné mít dokonalý monitorovací systém zaměřený na teplotu.
Severoamerický standard SAE J1772 rozeznává tři úrovně napájecího napětí:
- Úroveň 1 je určena především pro obytné prostory a využívá 120 V AC k dodání až 1,9 kW.
- Úroveň 2 s napětím 208/240 V AC se někdy také označuje „rychlé nabíjení střídavým proudem“ a může do palubní nabíječky EV dodat přibližně 19 kW.
- Úroveň 3 je DC nabíjení pomocí externí DC nabíječky. Základní specifikace je 600 V DC 400 A s výkonem okolo 240 kW. Pokročilé konstrukce mohou dodávat až 1 1 kV DC s 500 A pro celkový výkon 500 kW.
IEC 61851-1 definuje čtyři režimy nabíjení. Režimy 1, 2 a 3 využívají palubní nabíječku EV:
- Režimy 1 a 2 jsou určeny pro nabíjení střídavým proudem s nízkou spotřebou. Kabely režimu 1 se zapojují přímo do síťové zásuvky a dostupný výkon je omezený. Režim 2 se také zapojuje přímo síťové zásuvky, ale definuje ovládací a ochranné zařízení v kabelu, které bezpečně dodává výkon až 15 kW s třífázovým střídavým napětím.
- Režim 3 je rychlé nabíjení střídavým proudem a využívá nabíjecí stanici k dodání až 120 kW střídavého proudu. Nabíječky úrovně 3 mohou obsahovat protokol HLC (high-level communications) mezi externím zdrojem střídavého proudu a palubní nabíječkou pro řízení nabíjení.
- Režim 4 je rychlé stejnosměrné nabíjení a může dodat několik stovek kilowattů přímo do baterie. HLC je vyžadováno v režimu 4, aby poskytovalo zpětnou vazbu potřebnou pro řízení nabíječky.
Tepelná ochrana
Tepelná ochrana je zajištěna v AC i DC nabíjecích kabelech. Pro AC nabíjení do 80 A se používají PTC termistory na každé kontaktu jeden. Sledování hodnot odporu zajišťuje bezpečné vypnutí při překročení mezní teploty. Senzory Pt1000 s vyšší přesností se používají na kontaktech vysokovýkonných nabíječek, aby byla zajištěna velmi rychlá odezva a umožnila systému rychlou reakci v případě potíží.
AC zásuvky a příslušný kabel
Phoenix Contact nabízí celou řadu univerzálních AC/DC zásuvek a kabelů. Tyto sestavy obsahují napájecí kabel o délce 2 m, integrovaný teplotní senzor a komunikační rozhraní. Nesmí chybět uzamykací mechanismy, teplotní senzory a prachové krytky.
Příklady kabeláže pro použití v aplikacích IEC 62196-2 a SAE J1772 typu 1 jsou:
- Nabíjecí zásuvka 1271960 zvládne až 12 kW jednofázového střídavého proudu. Tento vstup je dimenzován na více než 10 000 cyklů vložení/vytažení.
- Pro aplikace s vyšším výkonem lze použít model 1271836 dimenzovaný až na 20 kW jednofázového střídavého proudu. Součástí je uzamykací mechanismus a ochranný kryt.
Phoenix Contact nabízí také řadu AC nabíjecích kabelů:
- Model 1277166 pro použití zásuvek SAE J1772 Type 1. Na jednom konci je osazen konektorem a na druhém jsou jen vodiče pro trvalé připojení. Obsahuje PTC termistory pro tepelné snímání a zvládne až 20 kW jednofázového střídavého proudu. Obsahuje kabel o délce 7,5 m (obrázek 3).
- Model 1627692 je AC nabíjecí kabel s konektorem pro zásuvky typu 2 na jednom konci a infrastrukturním AC konektorem na druhém konci pro zásuvky Type 2 IEC 62196-2. Tato kabelová sestava je schopna přenést až 26,6 kW 3 fázového střídavého proudu. Délka kabelu je 5 m a to včetně komunikačního rozhraní HCL.
Obrázek 3: Sestava AC nabíjecího kabelu s výkonem 20 kW. (Zdroj obrázku: Phoenix Contact)
DC nabíjecí kabely
Phoenix Contact nabízí nabíjecí kabely CCS C-Line DC pro nabíjecí systémy středního výkonu používané v bytových komplexech, podnicích a parkovištích. Tyto kabely jsou k dispozici v provedení Type 1 a Type 2 a sestavy mají na jednom konci nabíjecí konektor s teplotními čidly a na druhém konci jsou vodiče pro pevné připojení.
Příklady kabelu typu 1:
Obrázek 4: Tento DC nabíjecí konektor je dimenzován na 80 kW a má kabel o velikosti 7 m. (Zdroj obrázku: Phoenix Contact)
Univerzální nabíjecí zásuvka
Univerzální nabíjecí zásuvka 1210900 pracuje s AC a DC CCS Type 1, IEC 62196-2, IEC 62196-3 konektory dimenzovanými až pro 200 A a 1 kV DC nebo 80 A a 250 Vac jednofázově. DC kontakty mají dva tepelné senzory PT1000 a AC kontakty mají tepelné snímání pomocí PTC.
500 kW DC kabelová sestava
Pro vysokovýkonné nabíjení 4 HPC DC lze použít kabelovou sestavu 1085658, která obsahuje kapalinou chlazený konektor a kabel, který je schopen přenášet až 500 A při 1 kV DC. Tato sestava splňuje požadavky CSS Type 1, SAE J1772 a IEC 62196-3-1. Sestava obsahuje senzory pro monitorování teploty, přerušení kabelu a únik chladicí kapaliny (obrázek 5). Monitoring teploty je implementován pomocí dvou NTC rezistorů pro DC kontakty a dvou NTC rezistorů pro DC kontakty.
Obrázek 5: Vysoce výkonná DC nabíjecí kabelová sestava. (Zdroj obrázku: Phoenix Contact)
Phoenix Contact nabízí samostatnou chladicí jednotku pro tuto DC nabíjecí sestavu. Chladící jednotka obsahuje ventilátor a čerpadlo s proměnnou rychlostí, které zajišťuje optimalizované chlazení (obrázek 6). Čerpadlo a ventilátor pracují od 0 V DC do 10 V DC, ventilátor spotřebuje maximálně 1,97 A a čerpadlo 1,8 A. Chladicí roztok je směs 50 % vody a 50 % glykolu. V kombinaci s kabeláží 1085658 má systém chladicí kapacitu 600 W pro 3 m kabely, 800 W pro 4 m kabely, 900 W pro 5 m kabely a 1050 W pro 6 m kabely.
Obrázek 6: Systém chlazení kapalinou pro vysokovýkonné stejnosměrné nabíjecí kabely. (Zdroj obrázku: Phoenix Contact)
Závěr
K zajištění komplexní nabíjecí infrastruktury je zapotřebí široká škála typů zásuvek a konektorů pro různé typy nabíjení. Od nízko výkonových 1,9 kW AC nabíječek až po velmi rychlé nabíjecí stanice HPC 500 kW DC s kapalinou chlazenou kabeláží. Portfolio Phoenix Contact je připraveno na jakoukoli variantu.
Článek vyšel v originále na webu DigiKey.com
