Les câbles CCS compacts permettent la charge CC rapide de niveau 2

Une recharge pratique et fiable est nécessaire pour éliminer l'angoisse de l'autonomie associée aux véhicules électriques (VE). Pour répondre à ces besoins, les concepteurs d'infrastructures d'équipement de service de véhicules électriques (EVSE) doivent inclure une variété d'options de charge, y compris des chargeurs rapides à courant continu (CC), de niveau 2, moyenne puissance, dans les environnements résidentiels et commerciaux, pouvant fournir jusqu'à 80 ampères (A) ; des chargeurs ultrarapides, de niveau 3, haute puissance pouvant fournir jusqu'à 500 A CC ; et des chargeurs à courant alternatif (CA), de niveau 1, basse puissance, pour la charge de nuit et d'urgence.

Cependant, la charge CC des VE est complexe. L'EVSE doit surveiller en permanence le verrouillage du connecteur, l'isolation du système, la tension de charge, le courant de charge et la température du connecteur. Si l'un de ces paramètres se situe en dehors des limites fixées, l'EVSE s'arrête. De plus, la conception, l'assemblage et la garantie de l'intégrité mécanique et électrique à long terme d'un câble et d'un connecteur compacts pour les chargeurs CC de niveau 2 peuvent être complexes. Le câble comprend 5 conducteurs : +DC, -DC, communications, contrôle de verrouillage et terre de protection. Ces conducteurs doivent être reliés de manière fiable à l'EVSE d'un côté et au connecteur du système de charge compact (CCS) de l'autre. Si l'une de ces connexions est défectueuse, l'EVSE nécessitera probablement une reconception fastidieuse pour garantir un fonctionnement fiable.

Pour répondre aux préoccupations concernant l'assemblage des connecteurs et des câbles CCS pour les EVSE de niveau 2, les concepteurs peuvent utiliser des connecteurs CCS pré-assemblés compacts avec des câbles attachés. Ces assemblages de câbles et de connecteurs sont destinés à une utilisation dans des endroits où la charge de niveau 3 n'est pas nécessaire, mais où la charge rapide de niveau 2 est préférable à celle de niveau 1. Ces câbles sont disponibles en Type 1 pour l'Amérique du Nord et en Type 2 pour l'Europe, le Type 1 répondant aux exigences de la norme UL2251.

Cet article passe en revue les différences entre les connecteurs et les câbles CCS CA et CC et compare les connecteurs CCS CC de niveau 2 et de niveau 3 en termes de taille et de facilité d'utilisation. Il aborde également plusieurs cas d'utilisation des assemblages de câbles CCS moyenne puissance, puis présente les assemblages de câbles CCS Type 1 et Type 2 compacts de Phoenix Contact, ainsi que des recommandations d'installation.

Différence entre les câbles de charge CA et CC des VE

Les entrées de charge standard CCS sont conçues pour accepter les connecteurs de charge CA et CC, ce qui offre une certaine flexibilité tout en simplifiant la conception des véhicules électriques. La charge CA est par nature moins puissante et utilise des câbles avec des connecteurs enfichables aux deux extrémités (Figure 1). Pour la charge CC, qui fonctionne à des niveaux de puissance plus élevés, le câble de charge est toujours connecté à l'EVSE à une extrémité, avec un connecteur à l'autre extrémité qui est branché dans la prise du véhicule. De plus, les connecteurs CC sont dotés de caractéristiques de sécurité que l'on ne trouve pas dans leurs homologues CA, notamment des mécanismes de verrouillage et un contrôle de la température.

Figure 1 : Les câbles pour la charge CC sont connectés en permanence à l'EVSE et branchés dans la prise du VE. Les câbles pour la charge CA ont des fiches à chaque extrémité. (Source de l'image : Phoenix Contact)

Les connecteurs CCS pour la charge CC de niveau 2 et de niveau 3 jusqu'à 250 kilowatts (kW) présentent une taille similaire et peuvent être utilisés dans une prise de véhicule commune. La principale différence réside dans une augmentation d'environ 50 % du diamètre du câble pour les unités de 250 kW afin de supporter les niveaux de puissance plus élevés, avec une augmentation correspondante du poids du câble. Grâce à un câble beaucoup plus petit, les assemblages de câbles et de connecteurs de niveau 2 répertoriés jusqu'à 80 kW sont nettement plus légers et plus faciles à manipuler. La charge CC haute puissance, jusqu'à 500 kW ou plus, requiert une prise de véhicule différente prenant en charge le refroidissement par liquide, ainsi qu'un connecteur et un câble plus grands (Tableau 1).

Tableau 1 : Comparaison de la taille des connecteurs et des câbles CCS Type 2 répertoriés pour des chargeurs CC de 80 kW, 250 kW et 500 kW de puissance nominale. (Source de l'image : Phoenix Contact)

Des mécanismes de verrouillage sont intégrés aux systèmes de connecteurs de charge CC CCS pour la sécurité de l'utilisateur et pour garantir le bon fonctionnement de l'EVSE. Ces verrous sont conçus pour résister à des forces d'arrachement élevées, ce qui rend pratiquement impossible la déconnexion du connecteur pendant la charge du véhicule électrique. Le mécanisme de verrouillage des connecteurs Type 1 est un clip manuel, comme illustré à la Figure 2. Dans les connecteurs Type 2, le verrouillage s'effectue au moyen d'un boulon métallique à commande électromagnétique. Dans les deux cas, le mécanisme de verrouillage est surveillé, et son état est communiqué à l'EVSE via une connexion dédiée.

Figure 2 : Les connecteurs CCS Type 1 sont dotés d'un clip de verrouillage à commande manuelle. (Source de l'image : Phoenix Contact)

Une détection intégrée de la température est requise dans les connecteurs de charge CC CCS. Grâce à un contrôle précis de la température directement au niveau des contacts d'alimentation, le processus de charge peut être arrêté ou ralenti en cas de surchauffe afin de protéger l'utilisateur contre tout danger et l'EVSE contre tout dommage. Ces connecteurs incluent deux capteurs PT1000, un sur chaque contact (Figure 3). Ces capteurs ont une résistance qui augmente linéairement avec la température, ce qui simplifie la surveillance de la température. La température est communiquée à l'EVSE par une ligne de signaux dans le câble.

Figure 3 : Les capteurs de température PT1000 sont requis sur les contacts du connecteur CCS pour surveiller la température de fonctionnement et garantir un processus de charge sûr. (Source de l'image : Phoenix Contact)

Connexions sécurisées

Les connexions dans le connecteur CCS sont particulièrement importantes. Les connexions internes à l'EVSE ne sont pas soumises à des contraintes mécaniques importantes, mais le connecteur CCS sera régulièrement branché et débranché, et les connexions du câble seront exposées à des contraintes répétées (Figure 4). Des câbles de raccordement mal connectés peuvent entraîner une dégradation des contacts sous la forme d'une résistance accrue ou d'une perte de connexion du câble, provoquant une surchauffe ou une perte momentanée de connexion d'un ou plusieurs conducteurs. Des câbles de connexion mal assemblés entraînent une baisse de la fiabilité du système de charge, une insatisfaction des utilisateurs et des frais de garantie potentiels pour les fabricants d'EVSE.

Figure 4 : La petite taille des connecteurs pour la charge CC moyenne puissance complique la réalisation de connexions de câbles robustes et fiables. (Source de l'image : Phoenix Contact)

Cas d'utilisation de niveau 2

La charge CC de niveau 2 devrait s'imposer lorsque la puissance requise est supérieure à celle qui peut être fournie par la charge CA, et que la charge plus rapide de niveau 3 n'est pas nécessaire. Les EVSE utilisant ces connecteurs compacts répondent aux normes CCS, et le facteur de forme plus petit améliore la commodité et la facilité d'utilisation. On s'attend à les trouver dans une série d'applications, y compris :

Zone résidentielle périphérique : Les chargeurs CC de niveau 2 utilisent une alimentation de 240 volts CA (VCA) et peuvent recharger un bloc-batterie de trois à sept fois plus vite qu'un chargeur CA de niveau 1 de base, selon le véhicule électrique. Un autre avantage est que pour les maisons équipées de panneaux solaires, les chargeurs CC de niveau 2 peuvent transférer le courant continu directement depuis le panneau solaire, éliminant ainsi les pertes de puissance de conversion. Avec la généralisation des systèmes de véhicule à réseau (V2G) et de véhicule à domicile (V2H), des chargeurs bidirectionnels de niveau 2 seront disponibles et contrôleront le flux d'énergie inverse du véhicule vers le domicile ou le réseau.

Logements collectifs et urbains : Les complexes d'appartements et les copropriétés fournissent des chargeurs CC de niveau 2 aux résidents et aux visiteurs. De plus, la charge dite « prioritaire » dans les zones résidentielles urbaines inclut les chargeurs pour les voitures garées sur la voie publique lorsqu'il n'y a pas de garage disponible. Dans les deux cas, le chargeur peut fournir une source de revenus au propriétaire de l'EVSE et une solution pratique pour les propriétaires de véhicules électriques dans le voisinage.

Lieux publics avec concentration de voitures : Les chargeurs CC de niveau 2 sont installés dans un nombre croissant de lieux publics tels que les centres commerciaux et de loisirs, les écoles et les universités, les parkings, les stades, les stations-service et les ateliers de réparation. Comme les ventes de véhicules électriques continuent d'augmenter, on trouve également des chargeurs CC de niveau 2 chez les concessionnaires automobiles. Ces chargeurs sont utilisés pour s'assurer que les véhicules électriques sont entièrement chargés avant d'être livrés aux clients et pour recharger les véhicules électriques laissés pour le service.

Solutions de connecteurs CC de niveau 2

Lorsqu'un courant de charge jusqu'à 80 A est nécessaire, les concepteurs d'EVSE peuvent se tourner vers les assemblages de câbles et de connecteurs de charge CC CCS C-Line légers de Phoenix Contact. Ils sont disponibles avec différentes longueurs de câble pour les applications Type 1 et Type 2. Par exemple, le câble de charge 1236308 est doté d'un connecteur Type 1 et d'un câble de 4 mètres (m) de long, et le câble de charge 1236966 est équipé d'un connecteur Type 2 et d'un câble de 7 m de long. Ces connecteurs ergonomiques répondent à toutes les normes CCS dans un petit facteur de forme afin de faciliter les connexions et déconnexions rapides pour une utilisation dans diverses applications de charge basse puissance (Figure 5). Si nécessaire, ils peuvent être fournis avec un logo d'entreprise pour renforcer l'image de marque de l'EVSE. Même s'ils sont petits, ils sont très performants et incluent les éléments suivants :

• Contacts plaqués argent pour des performances et une fiabilité optimales
• Capteurs intégrés pour surveiller la température des contacts d'alimentation, et mécanismes de verrouillage intégrés, conformément à la norme CCS
• Conformité à la norme DIN EN 50620, avec une isolation extrudée et des gaines répertoriées jusqu'à 750 V pour une utilisation en environnements difficiles lors de la connexion de l'EVSE avec le véhicule électrique
• Compatibilité avec les exigences de la norme automobile IATF 16949 et ISO 9001

Figure 5 : La forme ergonomique des connecteurs CCS C-Line, ainsi que leur câblage léger, facilitent la manipulation et l'utilisation. (Source de l'image : Phoenix Contact)

Intégration EVSE

Pour prendre en charge l'intégration des assemblages de câbles C-Line dans les EVSE, Phoenix Contact fournit aux concepteurs des supports de connecteur et des presse-étoupes, notamment le support de connecteur 1624143 et le presse-étoupe 1424483 pour les connecteurs Type 1, et le support de connecteur 1624153 et le presse-étoupe 1411134 pour les connecteurs Type 2. L'installation de supports de connecteurs sur le côté ou l'avant de l'EVSE offre un emplacement sûr pour un connecteur lorsqu'il n'est pas utilisé. Le connecteur s'enclenche mais peut être facilement retiré. Le support peut être monté avec une inclinaison frontale de 0° à 45°. L'utilisation d'un presse-étoupe protège le câble lorsqu'il traverse la paroi de l'EVSE, protège le câble contre les dommages si l'utilisateur tire dessus, et empêche l'entrée de saletés et d'humidité dans l'EVSE.

Figure 6 : Les supports de connecteur (à gauche) et les presse-étoupes (à droite) pour les connecteurs Type 2 facilitent l'intégration des assemblages de connecteurs et de câbles CCS C-Line dans les EVSE. (Source de l'image : Phoenix Contact)

Conclusion

La charge CC de niveau 2 peut constituer une alternative de valeur à la charge de niveau 1 basse puissance. Cependant, la conception de connecteurs et de câbles de charge CC pose de nombreux défis en termes de performances, de sécurité et de réglementation. Comme illustré, en utilisant des assemblages de câbles/connecteurs prêts à l'emploi pour la charge de niveau 2, les concepteurs peuvent rapidement relever bon nombre de ces défis, tout en bénéficiant d'avantages intégrés tels qu'un poids plus léger et une conception ergonomique pour une plus grande facilité d'utilisation.

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