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目前,中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心也推出了電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電系統(tǒng)用電纜安全認(rèn)證業(yè)務(wù)?但關(guān)于開(kāi)展充電槍與充電座匹配性能?人為暴力插拔?粉塵污染等原因?qū)е掳l(fā)熱現(xiàn)象的機(jī)理及評(píng)估技術(shù);高溫高濕度狀態(tài)下,充電槍安全性能評(píng)價(jià)及檢測(cè)技術(shù)研究還較少?

本試驗(yàn)對(duì)充電槍使用過(guò)程中的粉塵污染情況進(jìn)行模擬,得出粉塵污染對(duì)充電槍發(fā)熱情況的影響;通過(guò)設(shè)備對(duì)不同插針材質(zhì)的充電槍進(jìn)行插拔實(shí)驗(yàn),并對(duì)不同插針材質(zhì)充電槍產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)價(jià);模擬高溫濕環(huán)境,對(duì)高溫濕環(huán)境下充電槍的發(fā)熱情況進(jìn)行研究,提出一種高溫濕環(huán)境下充電槍的檢測(cè)技術(shù)?

1、試驗(yàn)樣品及方法

1.1試驗(yàn)樣品

目前市場(chǎng)充電樁電纜大多執(zhí)行GB/33594-2017《電動(dòng)汽車(chē)充電用電纜》標(biāo)準(zhǔn)?通過(guò)市場(chǎng)需求調(diào)研及原材料性能分析,針對(duì)確定選用兩種不同充電電纜材料的充電槍,參數(shù)如表1所示?

目前市場(chǎng)上充電槍大多采用紫銅?錫青銅?黃銅等材質(zhì)作為插針材料?針對(duì)插拔試驗(yàn)選取TPE絕緣+TPE護(hù)套作為電纜材料,充電槍插針材質(zhì)具體規(guī)格參數(shù)如表2?

1.2粉塵污染試驗(yàn)

本次試驗(yàn)選取材料類(lèi)型為90℃TPE絕緣+90℃TPE護(hù)套電纜材質(zhì)?錫青銅鍍銀5μm插針材質(zhì)的充電槍進(jìn)行粉塵污染試驗(yàn)?

選取5組充電槍樣品進(jìn)行試驗(yàn),首先將被試樣品參考GB/T11918.1-2014《工業(yè)用插頭插座耦合器第一部分:通用要求》標(biāo)準(zhǔn)中的溫升試驗(yàn),采用大電流發(fā)生器提供低壓大電流,試驗(yàn)電流為125A交流電流?試驗(yàn)設(shè)備處于室內(nèi)環(huán)境,為盡量減少環(huán)境溫度對(duì)溫升的影響,將環(huán)境溫度穩(wěn)定為20℃?在充電槍插頭內(nèi)部預(yù)置精度為±0.3K的鉑電阻作為溫度傳感器測(cè)量插針附近的溫升狀況?其它測(cè)量點(diǎn)包括充電槍電纜表面與充電槍外殼處,具體位置如圖1所示?

將充電槍樣品插頭插座接合后通入額定125A的直流電進(jìn)行溫升試驗(yàn),持續(xù)時(shí)間為2h?分別與1h與2h時(shí)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)?而后參考GB/T4208-2017《外殼防護(hù)等級(jí)(IP代碼)》標(biāo)準(zhǔn)中的試驗(yàn)方法,將樣品放入粉塵試驗(yàn)箱中進(jìn)行粉塵試驗(yàn),其基本原理如圖2所示,密閉試驗(yàn)箱內(nèi)的粉末循環(huán)泵使滑石粉懸浮,對(duì)樣品進(jìn)行粉塵污染試驗(yàn)?為模擬樣品實(shí)際使用壽命中出現(xiàn)的老化情況,將粉塵污染試驗(yàn)的時(shí)長(zhǎng)延長(zhǎng)至7*24h?粉塵試驗(yàn)完成后再次進(jìn)行溫升試驗(yàn)并對(duì)比前后數(shù)據(jù),判斷長(zhǎng)時(shí)間粉塵污染試驗(yàn)是否影響設(shè)備正常運(yùn)行,是否存在安全隱患?

1.3高溫高濕度環(huán)境下充電槍溫升試驗(yàn)

選取兩種不同電纜材料的充電槍各5組,對(duì)其進(jìn)行溫升試驗(yàn)后進(jìn)行高溫濕環(huán)境試驗(yàn),試驗(yàn)方法參考GB/T2423.3-2016《環(huán)境試驗(yàn)第2部分:試驗(yàn)方法試驗(yàn)Cab:恒定濕熱試驗(yàn)》,將樣品放入高溫濕試驗(yàn)箱,試驗(yàn)箱內(nèi)的濕熱用水導(dǎo)電率不超過(guò)20μD/cm;試驗(yàn)溫濕度參考江浙地區(qū)夏季溫濕度,將環(huán)境設(shè)置為38℃?80%RH?傳統(tǒng)濕熱環(huán)境試驗(yàn)大多是先將樣品放入高溫濕試驗(yàn)箱后先進(jìn)行高溫濕試驗(yàn),待試驗(yàn)結(jié)束后再針對(duì)其電氣或機(jī)械性能進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)?本試驗(yàn)為模擬充電槍再工作中實(shí)際存在的濕熱工作環(huán)境,在高溫濕環(huán)境下對(duì)樣品通電進(jìn)行溫升試驗(yàn),將其與常溫環(huán)境下樣品發(fā)熱情況對(duì)比,得出不同電纜材質(zhì)的充電槍在高溫濕環(huán)境下的發(fā)熱情況?

1.4反復(fù)插拔試驗(yàn)

選取3種不同材質(zhì)?鍍層規(guī)格的充電槍各5組,將樣品插座?插頭分別固定在QL-CB充電接口插拔綜合試驗(yàn)裝置上,使活動(dòng)部件進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng),插拔速率為每分鐘7.5個(gè)行程,插入拔出速度為(0.8±0.1)m/s,接觸時(shí)間為3s?為模擬充電槍實(shí)際使用壽命,將插拔次數(shù)設(shè)為20000次?插拔試驗(yàn)完成后再次進(jìn)行溫升試驗(yàn)并對(duì)比試驗(yàn)前后溫升數(shù)據(jù),得出反復(fù)插拔試驗(yàn)對(duì)不同插針材質(zhì)?不同插針鍍層厚度的充電槍發(fā)熱情況的影響?

2、試驗(yàn)結(jié)果

2.1粉塵污染試驗(yàn)對(duì)充電槍發(fā)熱情況影響

將試驗(yàn)結(jié)果取平均值得到粉塵污染試驗(yàn)試驗(yàn)前后溫升對(duì)比圖(圖3?圖4)?由圖可知,現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中的粉塵污染試驗(yàn)對(duì)充電槍發(fā)熱有一定影響?溫升試驗(yàn)一小時(shí)后,電纜?槍體外部變化不大,插針附近溫度平均有5K左右的上升?溫升試驗(yàn)兩小時(shí)后,溫度穩(wěn)定后,插針溫度平均上升約3K,電纜?槍體表面溫度變化不大?本試驗(yàn)說(shuō)明粉塵污染試驗(yàn)對(duì)于IP等級(jí)合格的充電槍發(fā)熱影響有限?

2.2高溫濕環(huán)境對(duì)不同材料充電電纜發(fā)熱情況影響

試驗(yàn)完成繪制折線圖如圖5~圖8,在溫升試驗(yàn)開(kāi)始1小時(shí)后,高溫濕環(huán)境下的充電槍各部位溫度均有明顯上升;溫升試驗(yàn)開(kāi)始兩小時(shí)后,充電槍溫升過(guò)程完成,插針溫度變化不大,電纜表面以及槍體表面溫度略有上升?該試驗(yàn)說(shuō)明高溫濕環(huán)境會(huì)加速充電槍的發(fā)熱過(guò)程,但是對(duì)充電槍端子的溫度影響不大,主要影響的是充電槍電纜表面和槍體表面的溫度?高溫濕環(huán)境對(duì)充電槍的發(fā)熱情況的影響在于加速了其溫升過(guò)程,電纜與槍體表面溫度升高,插針溫度無(wú)明顯變化?

TPE電纜材料充電槍試驗(yàn)完成后,對(duì)TPU電纜材料的充電槍進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)作比較,繪制折線圖如上?由上圖可知,高溫濕環(huán)境對(duì)充電槍電纜與槍體表面的發(fā)熱情況大體上具有促進(jìn)作用,對(duì)內(nèi)部插針部位的發(fā)熱情況無(wú)明顯影響?

2.3反復(fù)插拔試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)20000次反復(fù)插拔試驗(yàn),黃銅鍍銀材質(zhì)充電槍的溫升情況如圖9?圖10所示?在溫升開(kāi)始1h與2h時(shí)記錄的溫度均有明顯上升?在發(fā)熱穩(wěn)定后,插針溫度上升約12K,電纜與槍體表面溫度上升約5K?該試驗(yàn)說(shuō)明反復(fù)插拔試驗(yàn)對(duì)充電槍的發(fā)熱情況具有顯著影響,長(zhǎng)期使用后的充電槍發(fā)熱情況會(huì)日趨嚴(yán)重,存在一定的安全隱患?

黃銅插針材質(zhì)的充電槍插拔試驗(yàn)完成后,繼續(xù)對(duì)另外兩張插針型號(hào)的充電槍重復(fù)上述試驗(yàn)記錄溫度結(jié)果如圖11?圖12所示?20000次插拔試驗(yàn)對(duì)各種插針型號(hào)的充電槍發(fā)熱情況均產(chǎn)生顯著影響?

由圖11?圖12可知,不同材質(zhì)的充電槍盡管其導(dǎo)電率不同,其發(fā)熱情況無(wú)明顯區(qū)別,針對(duì)鍍銀層厚度的不同,鍍銀層較厚的充電槍溫度略低?經(jīng)過(guò)20000次插拔試驗(yàn)后,錫青銅鍍銀5μm插針材質(zhì)的充電槍其插針溫度平均上升了16K,同材質(zhì)鍍銀層3um的充電槍其插針溫度平均上升了約12k?在鍍銀層完全磨損的條件下,5μm鍍銀層的樣品溫度上升更高,側(cè)面反映了鍍銀層越厚,越能保護(hù)插針和插座的銅芯材質(zhì)在長(zhǎng)期對(duì)插使用中產(chǎn)生的氧化?銹蝕及磨損影響充電槍體與插座之間的導(dǎo)電率?

綜上,多次插拔試驗(yàn)會(huì)加劇充電槍的發(fā)熱情況;盡管黃銅與錫青銅兩種插針的導(dǎo)電率不同,但對(duì)充電槍的溫升情況影響有限,對(duì)充電槍整體的發(fā)熱情況影響不大;鍍銀層的厚度對(duì)充電槍的發(fā)熱情況有一定的影響,鍍銀層越厚,充電槍的工作溫度越低?

3、結(jié)論

選取了多種不同規(guī)格?型號(hào)的充電槍電纜,對(duì)其實(shí)際使用環(huán)境進(jìn)行模擬,得出粉塵污染?高溫高濕環(huán)境和多次插拔試驗(yàn)對(duì)不同電纜材料?插針型號(hào)充電槍的影響?得出結(jié)論如下:

(1)粉塵污染試驗(yàn)對(duì)IP等級(jí)合格的充電槍來(lái)說(shuō),整體發(fā)熱量影響有限,插針溫度平均上升約3K,電纜?槍體表面溫度變化不大?

(2)高溫濕環(huán)境會(huì)加速充電槍的溫升過(guò)程,但是對(duì)充電槍端子的溫升影響不大,對(duì)充電槍電纜表面和槍體表面的溫度有一點(diǎn)的影響?高溫濕環(huán)境對(duì)充電槍的發(fā)熱情況的影響在于加速了其溫升過(guò)程,電纜與槍體表面溫度略有升高,插針溫度無(wú)明顯變化?

(3)反復(fù)插拔試驗(yàn)對(duì)充電槍的發(fā)熱情況具有顯著影響,長(zhǎng)期使用后的充電槍存在一定的安全隱患?

(4)黃銅材質(zhì)的插針與錫青銅材質(zhì)的插針雖然材料導(dǎo)電率有所差別,但是發(fā)熱情況區(qū)別不大?針對(duì)鍍銀層厚度的不同,錫青銅鍍銀5um插針材質(zhì)的充電槍其插針溫度平均上升了16K,同材質(zhì)鍍銀層3μm的充電槍其插針溫度平均上升了約12k?說(shuō)明經(jīng)過(guò)插拔試驗(yàn)對(duì)鍍銀層的磨損,使得鍍銀層較厚的充電槍發(fā)熱情況加劇?體現(xiàn)了鍍銀層對(duì)插針的保護(hù)作用?鍍銀層的厚度對(duì)充電槍的發(fā)熱情況有一定的影響,鍍銀層越厚,充電槍的工作溫度越低?