合适的电动汽车充电电缆在确保安全性和可靠性的同时为用户带来舒适感

一般人都能自如地插拔中小型电气连接器。他们会毫不犹豫地插拔手机和无数其他设备上的无保护 USB、射频同轴、HDMI 和其他小型低压连接器。他们还将这些完全暴露在外的“套管”状连接器与交直流适配器（壁插式）结合使用，为设备充电。由于这些都是低电压、低功率连接器，因此不会对用户造成危险。

即使电压较高，大多数消费者在需要时插入交流线缆 (120/240 V) 也不会有问题，而且插拔这类电缆的次数要比使用低电压连接器时少得多。人们已经学会小心合理地使用这些交流连接器，因为这些连接器并非全封闭型，其有些插片外露，而且绝缘层和连接器本体经常会出现老化、开裂现象。

实际上，线路触电造成的伤亡人数少得可怜。根据美国国家医学图书馆/国家卫生研究院的一份报告（电气伤害）¹ ，美国每年约有 1000 人死于与电有关的伤害。其中，约 400 人死于高电压伤害，50 至 300 人死于雷击。此外，每年还发生至少 3 万起非致命性触电事故，在美国的所有烧伤住院病例中，约有 5% 是由触电造成的。

大约 20% 的触电伤害发生在儿童（包括幼儿和青少年）身上，且大部分发生在家中。在成人中，这些伤害主要发生在职业环境中，是与工作场所有关的创伤性死亡的第四大主要原因。令人稍稍安慰的是，诸如烧伤和更严重的“在家”中发生的触电事件都相当罕见。简而言之：人们知道交流线路电压会造成危险，因此在使用交流线缆和插头时会格外小心。这种熟悉感和相关的安全性需要已成为电动汽车 (EV) 用户体验的一部分。

电动汽车充电引发的熟悉感和安全问题

随着电动汽车越来越普及，普通消费者需要适应更高水平的电压、电流和功率（高达 250 kW），以及相关的连接器和电缆组件。虽然一些电动汽车用户计划使用 120/240 VAC 线路“晚上在家”充电，但许多人还会在家中安装功率更大的 2 级直流充电器，以利用其更快的充电时间和更高的效率。毫无疑问，用户还会在路边的公共充电站使用 2 级充电器充电。这些用户希望连接和断开的过程简单可靠，充电顺序类似于汽油和柴油发动机 (ICE)（图 1）。

图 1：确保充电时的连接和断开顺序与典型的燃油汽车相似，是为用户建立电动汽车舒适系数的一部分（图片来源：Phoenix Contact）

这些充电器所需的布线和连接器布置必须满足以下几个方面的挑战性目标：使用简单、与汽油/柴油连接器外形尺寸接近、电容量大、电气和热安全以及整体坚固耐用性（包括耐滥用）。

值得注意的是，业界实际上使用 "电缆 "一词来指连接器及其电缆，因为二者是作为一个无缝集成的单元提供的，而不是两个不同的组件。

连接器加电缆的例子说明了所面临的挑战

交流线路连接器和电缆必须满足适度的电气和机械要求。其范围从简单的两线不接地布置（如家用台灯）到三线式高度集成的接地电器插头。这类插头配有坚固的模制电缆和连接器外壳。

相比之下，电动汽车插座必须能够处理更高的电流和电压，感知因环境条件和自发热而导致的内部温升，耐受用户的频繁插拔和各种不利情况（如掉在地上、被碾过、留在水坑和泥中），并在无保护的情况下仍能提供极高的电气和机械完整性。在各种不同的场景中，用户可能会在车辆部分浸水的情况下充电并且充电成功（图 2）。

图 2：这种情况虽然能充电成功，但不推荐：电动汽车充电站有多级保护，即使在非常潮湿的条件下也能确保安全充电。（图片来源：Sun/News Group Newspapers/UK）

要做到这一点并不容易，但 Phoenix Contact 的 CCS C-Line DC Charging Cables 电动汽车直流充电电缆（包括连接器）就是见证。该系列包括两组类似的产品，但有区别明显：I 型适用于北美 (SAE J1772)，配备分离式锁定夹；II 型适用于欧洲 (IEC 62196-3)（图 3）。这两类产品的规格和外观略有不同。

图 3：北美（左）和欧洲（右）的 CCS C-Line 直流充电连接器的功能类似，但外形略有不同。（图片来源：Phoenix Contact）

CCS C-Line 直流充电电缆配备了独特的轻型连接器，其设计符合 CCS 标准，但外形尺寸较小，便于搬运和存放。这些电缆适用于不需要高充电功率以及直流充电优于交流充电的地方。这些电缆将用于住宅、公寓大楼、停车场和企业。与交流充电电缆相比，CCS C-Line 电缆的充电电流最高可达 80 A，实现了更高水平的充电并缩短了充电时间。

主要市场是电动汽车服务设备 (EVSE) 制造商和车队运营商。在 I 类和 II 类中，可选择不同的产品，根据所需的电流容量，可选择 6 AWG 或 10 AWG 导线，电缆长度为从 4 米到 7 米不等。

用户不回去关心连接器触点的原理图或功能分配，如正负直流电源触点（DC+ 和 DC-）、保护接地 (PE) 和插入后信号触点（CS 和 CP）（图 4）。

图 4：CCS C-Line 连接器的关键触点是正负直流电源触点（DC+ 和 DC-）、保护接地 (PE) 和插入后信号触点（CS 和 CP）。（图片来源：Phoenix Contact）

相反，用户所关心的是令人舒适的外形，具有熟悉的外观和感觉，并让人联想到传统的“手枪式”汽油/柴油泵手柄组件（图 5）。

图 5：在使用过程中，CCS 充电装置的直流组件具有令人放心的熟悉感，就像汽油/柴油罐加油过程一样。（图片来源：Phoenix Contact）

然而，成功的 CCS 电动汽车充电所需的许多技术特征必须对用户不可见或透明；这些特征如图 6 所示圆圈中的数字所指。

图 6：CCS C-Line 具有六项关键技术和性能特点及功能，用户可能不会注意到这些（除非有标签和徽标），但它们对于正确、有效、可靠和安全运行至关重要。（图片来源：Phoenix Contact，由 Bill Schweber 修改 ）

1) 集成温度传感器技术： 通过直接在电源触点上进行精确的温度测量，可在过热情况下中断充电，从而保护用户远离危险，保护充电站避免损坏。

2) 镀银触点：电源和信号触点表面镀银，可确保高效的电力传输、最佳的防腐蚀保护和更长的使用寿命。

3) 个性化标识：除了 Phoenix Contact 的徽标外，充电连接器还可以在抗紫外线和耐候性塑料标签上印制客户的定制徽标。

4) 配备符合人体工学手柄的紧凑设计：握持部分的形状符合人体工学，便于操作，手感舒适。此外，紧凑的设计还确保了充电设备和充电连接器的整体外观和谐统一。

5) 精巧的密封概念：精密的密封概念确保了纵向的连续水密性，防止湿气渗入充电连接器或电缆。

6) 电缆设计符合 DIN EN 50620 标准：该充电电缆特别坚固耐用，通过了 VDE 认证，在绝缘厚度、材料柔韧性和其他性能方面专为电动汽车应用而设计。

结束语

电动汽车的直流充电技术要求连接器和电缆组件满足严格的电气和机械性能标准。同时，还必须具有适合消费者的外观、手感、操作和整体舒适度。Phoenix Contact 的 I 类和 II 类 CCS C-Line 直流充电电缆可满足这些要求，并提供多种版本选择，以满足不同的终端设计要求。

相关内容

1：紧凑型 CCS 电缆提供 2 级直流快充

https://www.digikey.com/en/articles/compact-ccs-cables-provide-level-2-fast-dc-charging

2：如何采用各种不同的连接器支持全面的电动汽车充电基础设施

https://www.digikey.com/en/articles/how-to-employ-a-connectors-for-ev-charging-infrastructure

参考文献

1: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK448087/