電動(dòng)汽車 （EV） 充電連接器是充電站和車輛之間的關(guān)鍵接口。它們必須在不同條件下安全地提供大量電力，同時(shí)承受數(shù)千次插入式循環(huán)和惡劣環(huán)境。本文探討了現(xiàn)代電動(dòng)汽車充電連接器設(shè)計(jì)如何處理交流充電（使用車輛的車載充電器）和直流快速充電（直接為電池供電），重點(diǎn)關(guān)注主要連接器標(biāo)準(zhǔn)（CCS、CHAdeMO 和特斯拉的 NACS）以及確保電氣安全和長(zhǎng)期耐用性的工程特性。

交流充電連接器

交流充電連接器（1 級(jí)和 2 級(jí)）為電動(dòng)汽車的車載充電器提供交流電。它們通常提供高達(dá) ~7 kW 至 22 kW 的功率（取決于單相或三相電源），并且使用相對(duì)較小的引腳和電纜，因?yàn)榘遢d充電器限制電流（例如，16 A 至 80 A）。常見的交流連接器類型包括 SAE J1772 Type 1（用于北美/日本）和 Type 2“Mennekes”（用于歐洲）。類型 1 有五個(gè)引腳，支持高達(dá) 19.2 kW（240 V 時(shí)為 80 A）的單相，而類型 2 有七個(gè)引腳，可以支持高達(dá) 22 kW 的三相交流電。兩者都使用標(biāo)準(zhǔn)化控制信號(hào)與車輛通信。值得注意的是，2 型插座在車輛側(cè)設(shè)有自動(dòng)鎖定銷，用于在充電過程中固定插頭，而 1 型插頭則依賴于手動(dòng)閂鎖。

直流充電連接器

直流快速充電連接器（3 級(jí)）繞過板載充電器，將高壓直流電直接輸送到電池。它們處理的功率要高得多——當(dāng)今公共電站的系統(tǒng)功率范圍為 50 kW 至 500 kW。為了適應(yīng)這一點(diǎn)，直流連接器具有更大直徑的電源引腳和更粗的電纜（有時(shí)是液冷的）。例如，CCS（組合充電系統(tǒng)）連接器在其最新版本中可承載高達(dá) 500 A 和 1,000 V（高達(dá) ~360 kW）的電壓。使用先進(jìn)的冷卻和布線，行業(yè)高功率充電 （HPC） 實(shí)施甚至可以連續(xù)達(dá)到 500 kW（以及短突發(fā)至 ~700 kW）。特斯拉的 NACS（北美充電標(biāo)準(zhǔn)）連接器被許多汽車制造商新采用，它出奇地緊湊，但同時(shí)支持交流和直流：它已經(jīng)經(jīng)過高達(dá) 1,000 V 和 900 A 的測(cè)試（系統(tǒng)動(dòng)態(tài)限制電流以保持連接器溫度 ≤105°C）。這對(duì)應(yīng)于數(shù)百千瓦的潛在功率水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)今特斯拉超級(jí)充電站通常提供的 250 千瓦。

連接器設(shè)計(jì)中的電氣安全特性

電動(dòng)汽車充電連接器采用多層安全設(shè)計(jì)，可防止觸電、電弧或設(shè)備損壞。它們被設(shè)計(jì)為具有：

? 堅(jiān)固的絕緣和外殼：所有連接器手柄和插頭均由高強(qiáng)度阻燃絕緣材料制成，可防止用戶接觸帶電觸點(diǎn)。接觸針通常凹進(jìn)并包裹在絕緣塑料中，以便手指安全。許多連接器都包括屏蔽或絕緣屏障，以消除暴露的導(dǎo)體，即使外殼損壞也是如此。連接器還符合嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)（例如 UL 2251 和 IEC 62196），要求它們通過介電耐受性、絕緣電性和阻燃性測(cè)試 （UL94 V-0）。

? 接地和引腳順序：EV 連接器的設(shè)計(jì)使接地引腳首先建立接觸，最后斷開。這可確保任何雜散電流都有返回路徑，并且車輛底盤在電力流動(dòng)之前接地。此外，在高壓引腳通電之前，接近和導(dǎo)頻信號(hào)引腳會(huì)盡早接合以管理充電握手（見下文）。結(jié)果是，在插頭完全插入并且控制系統(tǒng)確認(rèn)其安全之前，主電源引腳上不存在高壓。這種排序可防止用戶遇到帶電觸點(diǎn)，并最大限度地減少連接/斷開期間的電弧。

? 控制導(dǎo)頻和通信協(xié)議：現(xiàn)代連接器攜帶低壓信號(hào)線，可協(xié)調(diào)充電過程。在交流充電（1/2 型、CCS、NACS）中，符合 IEC 61851 標(biāo)準(zhǔn)的控制導(dǎo)引 （CP） 線用于檢測(cè)車輛、協(xié)商可用電流，然后才允許開始充電。接近先導(dǎo) （PP） 或類似電路可檢測(cè)插頭何時(shí)被鎖定，并可以告訴車輛存在連接器（通常還會(huì)在充電期間禁用車輛的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）。在直流快速充電 （CCS） 中，一旦模擬握手完成，數(shù)字通信（基于 ISO 15118/DIN 70121 的 PLC）就會(huì)接管 CP 線，在施加高壓之前交換電池電壓、所需電流和充電狀態(tài)。

? 聯(lián)鎖和鎖定機(jī)制：為了防止在負(fù)載下意外拔下插頭（可能導(dǎo)致電弧），連接器包含機(jī)械或機(jī)電鎖。CCS 連接器具有執(zhí)行器鎖 — 在 CCS Type 2 上，車輛入口中的鎖銷在充電過程中將插頭固定到位，而 CCS1 插頭有一個(gè)閂鎖，可以卡入汽車的入口，通常由微動(dòng)開關(guān)感應(yīng)。特斯拉的 NACS 依賴于車輛中抓住連接器的電子閂鎖;NACS 插頭上的按鈕發(fā)送信號(hào)（通過無線或?qū)Ь€）以命令汽車在充電完成后松開閂鎖。此外，連接器和插座具有充當(dāng)聯(lián)鎖裝置的微動(dòng)開關(guān)或傳感器：如果連接器未牢固鎖定，充電站將不會(huì)通電，如果按下閂鎖/按鈕，充電站將立即關(guān)閉電源拔出插頭。這種聯(lián)鎖設(shè)計(jì)確保耦合器在負(fù)載下不會(huì)斷開，并且斷開時(shí)引腳上不存在帶電電源。

? 熱監(jiān)測(cè)和保護(hù)：高充電電流會(huì)在連接器引腳處產(chǎn)生大量熱量。因此，許多直流充電連接器在連接器或入口內(nèi)集成了溫度傳感器（例如熱敏電阻或 RTD）以監(jiān)測(cè)熱量積聚。如果插頭或耦合器開始過熱（無論是由于故障、高環(huán)境溫度還是長(zhǎng)時(shí)間的快速充電），充電系統(tǒng)將關(guān)閉或限制電流以避免損壞或火災(zāi)。

結(jié)論

電動(dòng)汽車充電連接器將電氣高功率傳輸與強(qiáng)大的安全系統(tǒng)和堅(jiān)固耐用的耐用性相結(jié)合。CCS 和 NACS 等標(biāo)準(zhǔn)囊括了十年來在電動(dòng)汽車基礎(chǔ)設(shè)施方面的學(xué)習(xí)成果，從而使連接器能夠處理數(shù)百千瓦的功率、自動(dòng)檢測(cè)故障并承受各種天氣下的數(shù)千次使用。隨著電動(dòng)汽車采用的加速，這些連接器設(shè)計(jì)不斷完善（例如，即將推出的卡車兆瓦級(jí)充電系統(tǒng)），但核心原則仍然存在：高效供電、確保用戶安全并持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使所有人都能方便可靠地充電。