Стоях в тестова камера преди няколко години и гледах как гнездото на пистолета за зареждане се продухва с водни струи под високо{0}}налягане от всеки възможен ъгъл. Температурата варираше между минуса и 40 градуса, а влажността беше фиксирана на 95%. След 72 часа отворихме корпуса. Една капка вода вътре би означавала провал. Този тест ме научи на нещо, което изглежда очевидно, но постоянно се пренебрегва: гнездото за зареждане на електрически превозни средства не е просто парче пластмаса и метал. Това е запечатана система, която живее в една от най-враждебните среди, с които се сблъсква всеки автомобилен компонент.
Тъй като електромобилите преминаха от любопитството на ранните-приематели към масовия транспорт, инфраструктурата около тях трябваше да узрее бързо. Гнезда за пистолет за зареждане-тези интерфейси, където щепселът за зареждане среща превозното средство или пиедестала-прекарват целия си живот на открито. Дъжд, сняг, пътна сол, прашни бури, пряко излагане на ултравиолетови лъчи и температурни колебания от минусови-зими до пареща лятна настилка са само част от описанието на работата. И за разлика от дръжката на вратата или декоративната част, ако водата попадне в контакта за зареждане, последствията не са козметични. Те са електрически. Те са критични-за безопасността.
Защо IP67 е базовата линия, а не целта
Ако не сте запознати с рейтингите за защита от проникване, IP67 означава пълна прахо-непропускливост („6“) и способността да издържате на временно потапяне във вода до един метър дълбочина за 30 минути („7“). За гнездо за пистолет за зареждане, монтирано отстрани на превозно средство или изложено на обществен пиедестал за зареждане, това не е излишно-инженерство. Това е минималната жизнеспособна спецификация.
Виждал съм гнезда с рейтинг IP65 да се провалят в реални-условия. IP65 се справя с прах и водни струи, но не отчита вида на продължително излагане на вода, което се случва, когато превозно средство е паркирано на наводнен паркинг или когато се топят снежни басейни около основата на станция за зареждане в продължение на часове. IP67 ви дава граница на безопасност. В много от дизайните, върху които съм работил, ние всъщност проектираме към IP68-устойчивост на непрекъснато потапяне, тъй като условията на място винаги са по-лоши от лабораторните.
Но ето инженерното предизвикателство, което ме държи буден през нощта: не можете просто да запечатате херметически контакта за зареждане и да го наречете готово.
Парадоксът на вентилацията-Защо водоустойчивите гнезда все още трябва да дишат
Това е частта, която изненадва много хора. Ако водата е врагът, защо нарочно ще направите дупка в заграждението? Отговорът е разликата в налягането.
Гнездата за щифтове за зареждане генерират топлина по време на работа. Токът, протичащ през контактите, създава резистивно нагряване. Когато слънцето пече върху черен пиедестал за зареждане, вътрешните температури могат да се покачат значително над околната. Когато слънцето залезе или избухне дъждовна буря, този корпус се охлажда бързо. Без начин за изравняване на налягането вие създавате частичен вакуум вътре в запечатаната кутия.
Този вакуум не само натоварва уплътненията. Той активно изтегля влагата през всяка микроскопична пролука, уплътнителен интерфейс и входна точка на кабела. Дисектирах неуспешни „запечатани“ кутии, които нямаха видими повреди, но бяха пълни с конденз. Влагата не влезе като течна вода. Той влезе като влага, изтеглена от цикъла на налягането и след това се кондензира върху студени вътрешни повърхности. След като това се случи, корозията започва върху вашите щифтове, вашите PCB следи и вашите сензорни елементи.
Решението е контраинтуитивно: имате нужда от отдушник. Но не какъв да е отдушник. Имате нужда от отдушник, който позволява на молекулите на въздуха да преминават свободно, като същевременно блокира напълно течната вода и замърсителите от частици.
Как всъщност работят водоустойчивите дишащи мембрани
Технологията, която прави това възможно, се основава на експандирани политетрафлуоретиленови (ePTFE) мембрани-материали с микро-пореста структура, където порите са достатъчно големи, за да преминават молекулите на въздуха и парата, но достатъчно малки, за да блокират водните капки поради ефектите на повърхностното напрежение. Това е същият основен принцип, който прави тъканта Gore-Tex водоустойчива, но същевременно дишаща, приложена за защита на индустриални компоненти.
В гнездото на пистолета за зареждане тези мембрани обикновено се инсталират на стратегически места-често над специални вентилационни отвори в корпуса-за защита на основните електронни елементи, като същевременно позволяват изравняване на налягането. Мембраната трябва да изпълнява няколко задачи едновременно:
Балансиране на налягането:Бързо изравняване на вътрешното и външното налягане по време на топлинен цикъл
Течна бариера:Блокира директното навлизане на вода дори при временно потапяне
Филтриране на частици:Предотвратяване на навлизането на прах и отломки и изтъркване на вътрешните контакти
Химическа устойчивост:Издържа на излагане на автомобилни течности, почистващи препарати и озон
Топлинно управление:Позволява разсейване на топлината чрез конвективен въздушен поток, вместо да я улавя в запечатана кутия
Получаването на всички тези характеристики в един компонент изисква прецизен контрол върху размера на порите на мембраната, дебелината и хидрофобната обработка. Не всички
„водоустойчивите вентилационни отвори“ на пазара са създадени еднакви и аз научих чрез болезнени полеви повреди, че намаляването на качеството на вентилационните отвори е фалшива икономия.
Целево-изградено решение за тежки среди
В проектите, в които съм участвал, компонентите за дишаща вентилация от серията GL от Goel Technology се превърнаха-в решение за точно този проблем. Това не са общи{2}}вентилационни отвори за магазини за хардуер, преназначени за автомобилна употреба. Те са проектирани специално за приложения, където се изисква защита IP67 или IP68 заедно с надеждно изравняване на налягането.
Серията GL-включително модели като GL672, GL673, GL680, GL681 и GL682-предлага няколко характеристики, които имат значение в реалните приложения за зареждане на EV:
Степен на защита IP67/IP68:Тези вентилационни отвори запазват целостта си на уплътнение дори при тежки условия на изпитване, изисквани от автомобилните производители на оригинално оборудване. Виждал съм ги да преминават не само стандартните тестове за потапяне, но и по-агресивните тестове за термичен шок и-цикъл на налягане, които симулират години излагане на открито в седмици.
Много{0}}функционална защита:Освен че блокират водата, те осигуряват прахоуплътнение, маслоустойчивост и защита от корозия. Това има значение, защото инфраструктурата за зареждане не е изправена само срещу дъжд. Той се сблъсква с машини за почистване под налягане по време на поддръжка, пръскане по пътищата, смесено със соли за размразяване, а в някои промишлени среди и химически замърсители във въздуха.
Цветови опции:Наличието на бели, сиви и черни корпуси изглежда като незначителен детайл, докато не работите с индустриални дизайнери, които се нуждаят от вентилационния отвор, за да се интегрира визуално с корпуса. Имал съм проекти, при които ярко бял вентилационен отвор върху матово черен пиедестал за зареждане беше неприемлив от естетическа гледна точка. Гъвкавостта на цвета елиминира това триене.
Интегрирана конструкция:Компонентите от серията GL са проектирани като самостоятелни-блокове, които могат да се монтират директно в корпуса на гнездото. Това опростява сглобяването и намалява броя на потенциалните пътища за изтичане в сравнение с персонализираните мембранни инсталации, при които залепвате суров филмов материал към пластмасов порт.
Къде се показват тези отвори в реалния свят
Въпреки че тук се фокусирам върху гнездата за щифтове за зареждане на електромобили, същото предизвикателство за-изравняване на налягането съществува в десетки автомобилни и индустриални приложения. Посочих подобни решения за вентилация за:
EV фарове и задни светлини:Светодиодните модули генерират значителна топлина и изискват управление на конденза
Сензори за паркиране и радарни модули mmWave: Те са монтирани на най-изложените места на превозно средство-зад брони, които поемат директна пътна пръска
Електрически двигатели и помпи:Термичните цикли в среда-отделение на двигателя създават големи разлики в налягането
Стойки за зареждане на открито: Кутиите за оборудване за бързо-зареждане от ниво 2 и постоянен ток са изправени пред същите предизвикателства като контактите, монтирани-в превозно средство, често в по-голям мащаб
Електронни контролни модули:Всяка запечатана кутия с PCB вътре в крайна сметка трябва да диша
Технологията е мигрирала и в извън{0}}автомобилните сектори. Виждал съм еквивалентни дишащи вентилационни решения, използвани във външни охранителни камери, медицинско оборудване за стерилизация и уреди от висок-клас, където вътрешната кондензация би повредила електрониката. Основната физика-топлина, охлаждане, налягане и влага-са универсални.
Какво научих от провалите на полето
Ако има един съвет, който бих дал на инженерите, които проектират първото си зареждане на EVщифтове гнездо, това е следното: тествайте отдушника при реалистични условия, а не само със спрей бутилка в лабораторията.
Виждал съм проекти, които са преминали IP67 тестове за потапяне, да се провалят на полето, защото вентилационната мембрана се замърсява с прах с течение на времето, намалявайки нейната дишаемост и карайки корпуса да издърпва вакуум по време на бързо охлаждане. Виждал съм инсталации, при които вентилационният отвор е монтиран на място, което позволява стояща вода да се събира срещу него в продължение на дни, като в крайна сметка преодолява повърхностното напрежение на мембраната чрез продължителен контакт.
Вентилационните отвори от серията GL се справят с някои от тези проблеми чрез своите олеофобни и хидрофобни покрития, които помагат за отделяне на замърсители и поддържане на въздушния поток във времето. Но правилното място за монтаж все още има значение. Искате отдушникът да е разположен там, където водата ще се оттича естествено, а не да се събира. Искате да е защитен от директен-пръскване под високо налягане, ако е възможно, или поне да е оценен да се справя с него. И трябва да имате предвид ориентацията-някои вентилационни отвори работят по-добре, когато са монтирани вертикално, отколкото хоризонтално, в зависимост от специфичните изисквания за диференциално налягане и поток.
По-голямата картина: Инфраструктурата за зареждане трябва да издържи
Тъй като приемането на EV се ускорява в световен мащаб, инфраструктурата за зареждане се премества от пилотни внедрявания към постоянни градски съоръжения. Гнездото за зареждане, инсталирано днес, трябва да остане надеждно в продължение на десет до петнадесет години, през хиляди цикли на чифтосване, сезонни температурни крайности и каквито и да е метеорологични модели, причинени от изменението на климата.
Това изискване за дълголетие променя начина, по който мислим за избора на компоненти. Вентилационна мембрана, която работи две години, не е достатъчно добра. Уплътнение, което поддържа своята еластичност чрез пет термични цикъла на ден, 365 дни в годината, в продължение на десетилетие-това е истинската инженерна цел. Работи с над 18 000 събития-изравняване на налягането. Материалите не могат да се разграждат. Мембраната не може да се задръсти. Корпусът не може да се уморява.
Ето защо наблягам на работата с доставчици, които разбират изискванията за автомобилна квалификация. Опитът на Goel Technology в приложенията от серията GL-обхващащи осветление, сензори, инфраструктура за зареждане и компоненти на задвижването-означава, че те вече са решили много от проблемите, с които е вероятно да се сблъска проектантът на гнездо за зареждане. Това институционално знание се превръща в по-малко итерации на прототипи, по-бързо валидиране и по-нисък риск, когато дизайнът премине към масово производство.
Последни мисли
Хидроизолация на EVгнездо за щифтове за зарежданезвучи като обикновен проблем със запечатването, докато не се опитате да го разрешите. В момента, в който запечатате кутията, вие създавате-проблем с управлението на налягането. В момента, в който добавите отдушник, за да разрешите проблема с налягането, вие създавате потенциален път за изтичане. Балансирането на тези конкуриращи се изисквания е мястото, където живее истинското инженерство.
IP67 не е просто число, което да поставите в лист с данни. Това е потвърждение, че гнездото може да оцелее в реалния свят-наводнени паркинги,-екипи за поддръжка под налягане, леден дъжд и пустинни прашни бури. И постигането на това валидиране изисква цялостно мислене за дизайна на корпуса, стратегията за вентилация и дългосрочното-поведение на материала.
Следващият път, когато включите EV в станция за зареждане при дъжд, знайте, че е вложено изненадващо много инженерство, за да се гарантира, че взаимодействието е безопасно. Видимата част е кабелът за зареждане и конекторът. Невидимата част-изравняването на налягането, химията на мембраната, дизайнът на уплътнението-е това, което го поддържа да работи след хиляди дъждовни дни.
