集成交流充电枪低温跌落失效及损伤研究.pdf

汽车研发 Automobile Research and Development 汽车周刊 Auto Weekly 第 12 期 94 集成交流充电枪低温跌落失效及损伤研究 梁曼荣 陈华胜 农英豪 杨秋霞 胡慧婧（上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心 广西汽车新四化重点实验室 广西柳州 545007）摘 要低温跌落是集成交流充电枪失效和损坏重要指标。针对新能源汽车集成交流充电枪在加工处理、运输和使用过程中受低温跌落，如果跌落后系统/组件有明显的损坏要被更换，如损坏不明显，就会被装上车，然后按正常的产品要求工作。失效模式为机械损坏（例如，模拟冬季在低温地区的使用场景，充电枪落到地面产生的高加速度使电子控制模块壳内的电容器分离）。关键词集成交流充电枪；低温跌落；失效和损坏 引言 集成交流充电枪枪头组件日常采用的材料一般是PC/Nylon/Cu、PC/PBT/Cu、PC/Cu，保护盖常采用的材料一般是 PVC、EPDM，电源线缆常采用的材料一般是 PVC/Cu、TPE/PC/Cu，具有质量轻、耐阻燃、耐高温及耐电压绝缘性能高等优点，在新能源汽车、家用电器等领域有着广阔的应用前景。交流充电枪在使用过程中，有时会因操作不当受到跌落、碰撞等，造成充电枪受损，导致失效和损坏。近年来，已有学者对充电枪跌落性能开展了研究工作李杨1 等提出检测电动汽车充电枪跌落性能的试验方法。对于跌落充电枪损坏的研究，国内学者多是使用有限元软 件仿真模拟了跌落过程，并未对充电枪在低温的环境下跌落做进一步分析，模拟冬季在低温地区的使用场景。因此，研究低温跌落对交流充电枪失效和损坏的试验具有重要意义。从而更好的保证电动汽车在充电过程中的可靠性和安全性，降低电动汽车在充电过程中的安全隐患。1、试验 1.1 样品与试验装置 试验样品采用便携式集成交流充电枪或带保护盒的充电枪，质量范围在 14 公斤范围内。依据 GBT 28046.3-2011中 4.3 的要求3，准备数量 3 把充电枪。检查充电枪外观无破损，确定表面完好无裂缝裂纹；对充电枪的端子位置和尺寸进行测量，确定端子位置和尺寸符合要求；对充电枪进行防尘防水测试，确定充电枪防尘防水性能符合要求；对充电枪上电性能台架验证其电性能，确定能充电正常工作，如果上述四者任一不符合要求，则重新更好被测充电枪。样品具体参数如表 1 所示。表1充电枪样品参数 序号 零件名称 数量 单位 质量 材料 1 枪头组件 1 件 448g PC/Nylon 2 防尘盖 1 件 22g EPDM 3 电源线组件 1 件 330g PVC 选用试验仪器，耐压测试仪，湿热交变箱，可编程交流电源，可编程交流电子负载，仪器满足标准的误差范围，在计量器的有效时间范围内。充电枪低温跌落试验装置，该试验装置主要使用到的设备高低温湿热交变箱和单翼跌落试验机，单翼跌落试验机由冲击面板、电机、链条、升降箱、升降杆、固定夹、跌落臂等部分构成，如图 1 所示。通过上位机给出相应的跌落高度，例 300mm、500mm、1000mm，把高度转换成对应的编码脉冲，变频器接收到脉冲数，升降到指定高度，当触发跌落信号时，伸缩气缸推动跌落臂，跌落臂打开充电枪跌落，实现跌落试验。图1 单翼跌落试验机图示 汽车研发 Automobile Research and Development 汽车周刊 Auto Weekly 第 12 期 95 1.2 试验方法 1.2.1 低温试验 依据 GB/T 28046.4-2011 中 5.1.1 的要求2，将模式 2 充电器放入温箱内，先将交流充电枪放置在温箱内做低温存储，调节温箱温度至-40，保持试验时长 24h，待测样品不连接输入输出。低温测试确认其外观后可以不用验证其性能，本文主要是研究低温环境下跌落，模拟冬季在低温地区的使用场景。1.2.2 跌落试验 做完低温存储后立即进行跌落试验，依据 GBT 28046.3-2011 中 4.3 的要求3，将样品置于 1m 高（无外力即可保持），使其不受线缆拉力等外力自由跌落至混凝土地面。试验方向：依次进行横向、纵向、垂直 3 个轴向，6 个方向；试验次数：每个部位、每个方向 5 次；试验部位包含家用插头、缆上控制盒、车辆插头等部分。试验后，外观、结构、性能应正常，样品 IP 等级不应降低。选择水平、光滑的水泥地面作为跌落面，按照图 2 示意图方式依次进行试验。重心距离跌落面 1m，每次跌落后观察充电枪表面是否有损伤或破裂。图 2 跌落试验示意图 2、试验结果分析 2.1 低温试验对充电枪的影响 观察其外观应无损坏无开裂，功能状态应达到等级 C：设备或系统在试验期间，不执行其预先设计的一项或多项功能，但在试验之后能自动恢复到正常操作状态。2.2 跌落对充电枪的失效或损坏 集成交流充电枪经跌落试验后观察表面损伤情况，在垂直 A 面跌落时，发现车辆插头有两处小裂口，损伤形貌如图 3 所示。如果纵向 B 面的材料是 PVC 嵌入式手把的充电枪设计，有时候嵌入式的手把在低温跌落加速度的冲击下，手把嵌入盖也会被弹出，重新压回去后但不影响其功能性使用。图 3 充电枪跌落损伤形貌 3、结语 本文以集成交流充电枪为研究对象，试验研究其在低温跌落下的失效和损伤情况。试验结果垂直 A 面跌落时，PVC 材料在低温跌落冲击下会留下些机械性损伤。如果是在纵向 B 面朝下跌落时，手把嵌套式 PVC 材料会被弹出但不影响功能性使用。低温跌落试验还可以验证电子元器件安装在 PC 板上的牢固性，低温冲击下，有时一些利用胶粘的元件会被震松，试验得出来的结论，不同绝缘材料在低温跌落时可能会存在不同的表面刮痕或裂痕，经过试验验证可以在设计前就避免这些缺陷的发生，避免量产后的损失风险。在做完低温测试后，不适合立刻通电验证期性能，因为低温可能存在的风险就是 PC 板表面有凝积水。低温跌落后正常应该是让枪体回到常温，并放置一段时间，表面干燥后再验证其功能是否回到 C 级。参考文献：1李杨,孔治国,王娇娇,等.一种用于检测电动汽车充电枪抗跌落性能的试验方法:CN112304548AP.2021.2卢兆明,林嘉怡,LU,等.道路车辆-电气和电子装备的环境条件和试验第 4 部分：气候环境(ISO16750-4:2003)J.环境技术,2007.3卢兆明,林嘉怡.道路车辆-电气和电子装备的环境条件和试验第 3 部分：机械环境(ISO167503:2003)J.环境技术,2007,25(3):5.