Connecteur CCS1 (Combo 1) - Brochage, cablage, charge rapide DC et specifications completes
Guide complet du connecteur CCS1 / Combined Charging System 1 : section AC Type 1 + broches DC, protocoles de communication, niveaux de puissance jusqu'a 350 kW et exigences d'installation.
Connecteur CCS1 (Combo 1). Brochage, cablage, charge rapide DC et specifications completes
CCS1. Combined Charging System 1, aussi appele Combo 1. est le standard de charge rapide DC pour l'Amerique du Nord. Il prend le connecteur Type 1 (J1772) familier et ajoute deux grosses broches DC en dessous. C'est l'idee "combo" : une seule prise vehicule qui accepte soit une fiche Type 1 pour la charge AC, soit une fiche CCS1 pour la charge rapide DC.
Avant le CCS1, la charge rapide DC en Amerique du Nord signifiait CHAdeMO. un connecteur completement separe. Le CCS1 a elimine le besoin de deux prises differentes sur le vehicule. Aujourd'hui, presque chaque VE non-Tesla en Amerique du Nord utilise le CCS1 pour la charge rapide DC.
La puissance delivree va de 50 kW sur les anciennes stations jusqu'a 350 kW sur le materiel le plus recent.
Disposition physique
Le connecteur CCS1 a deux sections distinctes :
- Section superieure: identique au Type 1 (J1772) : L1, N, PE, CP, PP (5 broches)
- Section inferieure: deux grosses broches DC : DC+ et DC–
La prise vehicule a les 7 contacts dans un seul boitier. Quand on branche un connecteur Type 1 standard pour la charge AC Niveau 2, il ne s'accouple qu'avec les 5 broches du haut. Quand on branche un connecteur CCS1, la section du haut s'accouple avec L1/N/PE/CP/PP et la section du bas avec DC+/DC–.
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Les broches DC sont nettement plus grosses que les broches AC. elles transportent des centaines d'amperes. Chaque broche DC fait environ 8 mm de diametre avec des contacts a ressort haute capacite conçus pour une operation continue a fort courant.
Le corps du connecteur est gros et lourd. Un cable CCS1 entierement equipe avec refroidissement liquide pese 3–5 kg. La fiche a un bouton de liberation en haut (herite du J1772) plus un mecanisme de verrouillage electronique.
Affectation des broches
| Broche | Nom | Fonction | Mode AC | Mode DC |
|---|---|---|---|---|
| L1 | Phase AC | Conducteur chaud monophase AC | Oui | Non |
| N | Neutre | Retour AC | Oui | Non |
| PE | Terre de protection | Masse / liaison chassis | Oui | Oui |
| CP | Control Pilot | Signalisation / communication PLC | Oui (PWM) | Oui (PLC) |
| PP | Proximity Pilot | Detection de prise / capacite cable | Oui | Oui |
| DC+ | DC Positif | Haute tension DC positif | . | Oui |
| DC– | DC Negatif | Haute tension DC negatif | . | Oui |
Pendant la charge DC, L1 et N ne sont pas sous tension. toute la puissance passe par DC+ et DC–. Mais CP et PP sont critiques : CP transporte la communication haut niveau entre chargeur et vehicule, et PE fournit la reference de masse de securite.
Protocoles de communication. comment fonctionne la charge DC CCS1
C'est la ou le CCS1 devient plus complexe qu'une simple prise AC. La charge rapide DC necessite une negociation en temps reel entre le chargeur et le systeme de gestion de batterie (BMS) du vehicule. Le chargeur ne "pousse" pas la puissance. le vehicule indique au chargeur exactement quelle tension et quel courant il veut, et le chargeur s'execute.
Pile de communication
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HomePlug Green PHY (HPGP): c'est la couche de communication physique. C'est une forme de Power Line Communication (PLC) qui utilise le fil CP pour passer des donnees a jusqu'a 10 Mbps. Le signal PWM 1 kHz de la charge AC basique est remplace par des signaux PLC haute frequence pendant les sessions DC.
DIN SPEC 70121: le protocole de charge DC "basique". Presque chaque chargeur CCS1 le supporte. Il gere la negociation tension/courant, la gestion de session et la surveillance de securite. Pensez-y comme "la charge DC sans les fonctions avancees."
ISO 15118-2: le protocole "intelligent". Ajoute le Plug & Charge (authentification automatique via certificats X.509. pas de carte RFID, pas d'app, branchez et ca vous facture), les planifications de charge intelligente et les services a valeur ajoutee.
ISO 15118-20: la version la plus recente. Ajoute le transfert de puissance bidirectionnel (V2G. vehicule vers reseau), le support de la charge sans fil et une planification amelioree.
Sequence de charge DC
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L'etape CableCheck est importante et specifique au CCS. Avant tout flux DC haute tension, le chargeur applique une tension de test basse pour verifier l'integrite de l'isolation du cable. Si la resistance d'isolation est en dessous des specs, la session s'interrompt. Ca detecte les cables endommages avant qu'ils ne deviennent un danger.
L'etape PreCharge est aussi critique. Le chargeur monte sa tension de sortie pour matcher la tension du pack batterie (a ±20V pres) avant de fermer les contacteurs principaux. Ca empeche l'enorme courant d'appel qui se produirait en connectant une source 500V a une batterie 400V sans pre-egalisation.
Niveaux de puissance
| Generation | Tension max | Courant max | Puissance max | Refroidissement cable |
|---|---|---|---|---|
| CCS1 v1.0 (2012) | 500V | 200A | 50 kW | Passif (air) |
| CCS1 v1.0 (2014+) | 500V | 200A | 100 kW | Passif |
| CCS1 v2.0 (2017+) | 920V | 200A | 150 kW | Passif |
| CCS1 v2.0 (2019+) | 920V | 500A | 350 kW | Refroidissement liquide |
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Pourquoi 350 kW necessite le refroidissement liquide
A 500A, un cable de 5 metres avec des conducteurs cuivre standard genererait une chaleur enorme. on aurait besoin de cable 95 mm² pour garder l'elevation de temperature acceptable, rendant le cable bien trop lourd et rigide a manipuler. Le refroidissement liquide resout ca : un liquide de refroidissement (typiquement un melange glycol-eau) circule dans des canaux du cable, evacuant la chaleur des conducteurs. Ca permet des sections plus petites (35–50 mm²) tout en maintenant un poids et une flexibilite de cable gerable.
La boucle de refroidissement liquide comprend :
- Une unite de pompe dans l'armoire du chargeur
- Des canaux de refroidissement integres dans la gaine du cable
- Des capteurs de temperature a plusieurs points le long du cable
- Un echangeur de chaleur / radiateur pour rejeter la chaleur
Specifications de cablage
Cable DC (chargeur vers connecteur)
| Niveau puissance | Conducteur DC+ | Conducteur DC– | Conducteur PE | Diametre ext. cable |
|---|---|---|---|---|
| 50 kW | 16 mm² Cu | 16 mm² Cu | 6 mm² | ~25 mm |
| 150 kW | 35 mm² Cu | 35 mm² Cu | 10 mm² | ~35 mm |
| 350 kW (liquide) | 35–50 mm² Cu | 35–50 mm² Cu | 10 mm² | ~40 mm (avec lignes liquide) |
Conducteurs de signalisation (dans le cable)
| Conducteur | Section | Notes |
|---|---|---|
| CP | 0.5–1.0 mm² | Blinde. transporte les signaux PLC jusqu'a 30 MHz |
| PP | 0.5–1.0 mm² | Peut partager le blindage avec CP |
| Blindage CP | . | Connecte au PE cote chargeur, flottant cote vehicule (ou selon design CEM) |
Longueur de cable
Les cables DC CCS1 standard font 4–5 metres de l'armoire du chargeur au connecteur. Certaines installations vont a 6 m. Au-dela, on se bat contre la chute de tension et le poids du cable.
Le cable est classe 600V DC minimum (la plupart sont classes 1000V pour la marge) et doit supporter les cycles thermiques de sessions de charge rapide repetees. du froid au chaud des centaines de milliers de fois.
Caracteristiques electriques
| Parametre | Valeur |
|---|---|
| Plage tension DC | 200–920V (sortie chargeur) |
| Plage courant DC | 0–500A |
| Puissance max continue | 350 kW |
| Resistance d'isolation (cable check) | > 100 Ω/V (min 100 kΩ a 1000V) |
| Resistance contact (broches DC) | < 0.2 mΩ au courant nominal |
| Temperature max broches DC | 90°C (passif) / 70°C (refroidissement liquide, courant plus eleve) |
| Frequence PLC CP | 2–30 MHz (bande HomePlug Green PHY) |
| Latence communication | < 100 ms (boucle CurrentDemand) |
| Arret d'urgence | < 100 ms du signal a l'ouverture contacteur |
| Cycles d'insertion | 10 000 minimum |
Dispositifs de securite
Le CCS1 integre plusieurs couches de securite :
-
Surveillance d'isolation: monitoring continu pendant la session. Si la resistance d'isolation descend sous le seuil, la session se termine.
-
Cable check: test d'isolation pre-session a basse tension.
-
Egalisation de tension (PreCharge): le chargeur egale la tension batterie avant la fermeture des contacteurs. Difference max autorisee : ±20V.
-
Detection de soudure contacteur: apres la fin de session et la commande d'ouverture des contacteurs, le chargeur verifie que la tension tombe a zero. Sinon, un contacteur est soude. le systeme leve un defaut critique.
-
Detection defaut terre: separee de la surveillance d'isolation. Surveille les defauts de terre DC (fuite vers le chassis).
-
Protection surintensité: capteurs de courant cote chargeur avec seuils de declenchement hardware independants du logiciel.
-
Arret d'urgence: bouton E-stop physique sur le chargeur. Coupe la puissance en moins de 100 ms et signale au vehicule d'ouvrir ses contacteurs simultanement.
-
Surveillance temperature connecteur: thermistances dans le corps du connecteur pres des broches DC. Si la temperature depasse les limites, le chargeur reduit le courant (derating) ou s'arrete.
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CCS1 vs CHAdeMO. pourquoi CCS a gagne en Amerique du Nord
| Caracteristique | CCS1 | CHAdeMO |
|---|---|---|
| AC + DC dans une seule prise | Oui | Non (prise AC separee necessaire) |
| Communication | PLC sur fil CP | Bus CAN (broches separees) |
| Puissance max | 350 kW | 400 kW (spec) / 150 kW (courant) |
| Plug & Charge | Oui (ISO 15118) | Non (authentification separee) |
| V2G capable | Oui (ISO 15118-20) | Oui (CHAdeMO 2.0) |
| Taille prise vehicule | Plus petite (une prise combo) | Plus grande (deux prises necessaires) |
| Poids cable | Similaire | Similaire |
| Adoption Amerique du Nord | Quasi universelle | Mort (Nissan abandonne en 2022) |
Le CCS1 a gagne parce que l'integration cote vehicule est plus simple. une prise au lieu de deux. L'approche AC+DC combinee signifie moins de tolerie, moins de faisceaux de cables et un cout de fabrication plus bas. L'ecosysteme de charge intelligente ISO 15118 a ete le clou final.
Compatibilite
- Type 1 (J1772) → prise CCS1 : fonctionne nativement. Branchez votre chargeur AC J1772 dans une prise CCS1 et ca charge en AC Niveau 2. La section DC du bas de la prise reste vide.
- CCS1 → CCS2 : pas d'adaptateur simple possible. Les sections superieures sont physiquement differentes (Type 1 vs Type 2). Des adaptateurs aftermarket existent mais ne sont pas largement certifies.
- CCS1 → NACS : adaptateurs disponibles (ou le seront) pendant la transition vers NACS/J3400 en Amerique du Nord. Tesla fournit des adaptateurs CCS1 vers NACS aux stations Supercharger.
- CCS1 → CHAdeMO : pas d'adaptateur. Format de connecteur et protocole de communication completement differents.
Exigences d'installation
Alimentation electrique
Un chargeur rapide CCS1 de 350 kW necessite une infrastructure electrique serieuse :
| Puissance chargeur | Alimentation | Transformateur | Tableau |
|---|---|---|---|
| 50 kW | 480V triphase, 80A | 75 kVA | Panneau 100A |
| 150 kW | 480V triphase, 225A | 225 kVA | Panneau 400A |
| 350 kW | 480V triphase, 500A+ | 500 kVA | Panneau 600A+ |
La plupart des stations 350 kW sont alimentees par des transformateurs de distribution dedies. La connexion reseau est generalement en 12.47 kV ou 4.16 kV moyenne tension abaissee a 480V.
Exigences de site
- Dalle beton : 15 cm minimum, arme. L'armoire du chargeur pese 500–1500 kg.
- Tranchee cable : du transformateur/tableau au chargeur. Fourreaux dimensionnes pour les cables bus DC.
- Bornes de protection : protection contre les chocs autour de l'armoire du chargeur. Exige par la plupart des juridictions.
- Drainage : la dalle doit drainer a l'oppose du chargeur. Accumulation d'eau + 920V DC n'est pas un scenario souhaitable.
- Connectivite reseau : cellulaire (4G/5G) ou Ethernet pour la communication OCPP, le traitement des paiements et la surveillance a distance.
- Eclairage : illumination adequate pour l'utilisation nocturne en securite. La plupart des codes du batiment l'exigent.
Le CCS1 est l'epine dorsale de la charge rapide DC non-Tesla en Amerique du Nord. Il est mature, bien supporte, et la capacite 350 kW gere tout, du navetteur urbain aux trajets longue distance. La transition vers NACS prendra des annees, et les stations CCS1 resteront en service longtemps.