一種新型電動(dòng)汽車充電接口

陸秋陽 臧向迪 王婧 呂青

1、華北電力大學(xué)科技學(xué)院 2、華北電力大學(xué)3、天津醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院 4、貴州財(cái)經(jīng)大學(xué)

1 項(xiàng)目背景

隨著新能源汽車銷量的逐年提高，純電動(dòng)汽車的保有量也在增加[1]，在這一過程中也凸顯了許多的問題，其中電動(dòng)汽車充電時(shí)的安全問題便是其中之一。根據(jù)國家交通部門的監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)，從2019年5月到年底，一共發(fā)生了113起電動(dòng)汽車充電著火事故，尤其是在5～6月和7～8月兩個(gè)天氣炎熱又降水量多的區(qū)段。CATARC機(jī)構(gòu)與北理工大學(xué)參與到了事故的調(diào)查和原因認(rèn)定的程序中，調(diào)查結(jié)果表明由充電接口技術(shù)缺陷所導(dǎo)致的事故約占總事故原因的10%～15%，可見充電接口的技術(shù)與安全性能有待進(jìn)一步提高[2-3]。國內(nèi)外很多機(jī)構(gòu)對(duì)電動(dòng)汽車充電事故的原因進(jìn)行了分析，分析發(fā)現(xiàn)有的電動(dòng)汽車的充電接口一般采用插拔方式進(jìn)行充電連接，防水效果差，在充電時(shí)遇到下雨情況時(shí)容易導(dǎo)致充電接口進(jìn)水，進(jìn)而導(dǎo)致充電樁以及電動(dòng)汽車短路，造成嚴(yán)重的人身傷害與經(jīng)濟(jì)損失[4]。

目前，很多充電設(shè)施在建設(shè)時(shí)對(duì)底部地面進(jìn)行了硬化處理和基礎(chǔ)防護(hù)，充電樁本體以下20～30厘米具備基本的防積水淹沒能力，可以在一定程度上防止充電設(shè)施因積水量過多而發(fā)生短路。此外，現(xiàn)存的多數(shù)充電設(shè)施有滲水自動(dòng)報(bào)警功能，但是報(bào)警提示后仍需要用戶手動(dòng)終止充電過程，并不能自動(dòng)彈出充電接口，也不能夠自動(dòng)的檢測(cè)車輛的狀況。

電動(dòng)汽車充電安全隱患是制約電動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要因素。2020年5月13日，工信部官網(wǎng)發(fā)布了電動(dòng)汽車、電動(dòng)客車、動(dòng)力電池等三項(xiàng)強(qiáng)制國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了電動(dòng)汽車的電氣安全和功能安全。該標(biāo)準(zhǔn)于2021年1月1日起正式實(shí)施，進(jìn)一步提高了對(duì)電動(dòng)汽車充電安全的要求。電動(dòng)汽車充電安全越來越受到關(guān)注，政府部門不斷出臺(tái)相關(guān)政策規(guī)范充電設(shè)施，用戶也迫切需要電動(dòng)汽車充電的安全性提高。更便捷、更安全的接口設(shè)計(jì)，能使用戶更加安全、放心地使用新能源汽車，從而進(jìn)一步推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2 新型充電接口結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 新型電動(dòng)汽車充電借口原理

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決充電接口的防水效果，在充電時(shí)遇到下雨情況時(shí)容易導(dǎo)致充電接口進(jìn)水問題，本項(xiàng)目提出了一種新型新能源汽車充電接口，進(jìn)一步提升了充電接口的密封性與防水性，并同時(shí)配置有滲水智能報(bào)警與自動(dòng)斷接裝置。該裝置的結(jié)構(gòu)包括外殼、安裝板、卡扣、接電插管、密封夾具、密封蓋和卡槽、滲水感應(yīng)模塊和監(jiān)控系統(tǒng)。該新型充電接口在充電接口內(nèi)部邊沿處安裝了密封夾具，在充電插管插入時(shí)，充電插管擠壓密封夾具后側(cè)的夾緊機(jī)構(gòu)，使夾緊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)左右兩側(cè)的夾板對(duì)充電插管進(jìn)行夾緊，增加與充電插管的貼合度。由于左夾板和右夾板擴(kuò)張，便于充電插管進(jìn)行插入。此外，在左夾板和右夾板內(nèi)側(cè)前端分別設(shè)置了密封橡膠，充電插管插入時(shí)，左夾板和右夾板通過密封橡膠對(duì)充電插管進(jìn)行夾緊，增加對(duì)充電插管連接處的密封效果。當(dāng)滲水感應(yīng)模塊感應(yīng)滲水時(shí)，該裝置能夠通過電磁設(shè)備迅速彈出充電槍，并通過App反饋給車主。此外，該裝置裝配有微波無線監(jiān)控設(shè)備，可有效發(fā)送實(shí)時(shí)畫面至配套App，車主可實(shí)時(shí)查看車輛狀況與充電環(huán)境。新型電動(dòng)汽車充電接口結(jié)構(gòu)圖如圖所示：

圖1 新型電動(dòng)汽車充電接口結(jié)構(gòu)圖

圖中，外殼1外側(cè)中部安裝有安裝板2；外殼1左側(cè)前端安裝有卡扣3；外殼1內(nèi)中部固定有接電插管4；外殼1內(nèi)部邊沿處安裝有密封夾具5；外殼1右側(cè)前端通過轉(zhuǎn)軸與密封蓋6進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)連接。密封蓋6前端中部開設(shè)有卡槽7。各部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)介紹如下：

2.1.1 外殼

外殼外側(cè)中部安裝有安裝板，外殼左側(cè)前端安裝有卡扣，外殼內(nèi)中部固定有接電插管，外殼內(nèi)部邊沿處安裝有密封夾具，外殼右側(cè)前端通過轉(zhuǎn)軸與密封蓋進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)連接，密封蓋前端中部開設(shè)有卡槽。

2.1.2 密封夾具

密封夾具由左夾板、右夾板、光桿、上夾緊機(jī)構(gòu)、下夾緊機(jī)構(gòu)和密封橡膠組成，光桿設(shè)置有兩根，且橫向貫穿左夾板和右夾板內(nèi)部后側(cè)上下兩端，左夾板和右夾板內(nèi)部后端上下兩側(cè)分別安裝有上夾緊機(jī)構(gòu)和下夾緊機(jī)構(gòu)，左夾板和右夾板內(nèi)側(cè)前端固定有密封橡膠，光桿左右兩側(cè)通過螺栓與外殼相互鎖固。

2.1.3 夾緊機(jī)構(gòu)

上夾緊機(jī)構(gòu)由支撐板、直桿、活動(dòng)轉(zhuǎn)軸、連桿和連接轉(zhuǎn)軸組成，支撐板后端與直桿相互焊接，所述直桿后端與活動(dòng)轉(zhuǎn)軸相互焊接，連桿設(shè)置有兩根，所述連桿一端沿活動(dòng)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，且兩根連桿另一端通過連接轉(zhuǎn)軸分別與左夾板和右夾板進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)連接。上夾緊機(jī)構(gòu)和下夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)一致，且分別設(shè)置于左夾板和右夾板之間上下兩側(cè)。

2.1.4 左夾板，右夾板和密封橡膠

左夾板和右夾板形狀與外殼一致，且左夾板和右夾板與外殼內(nèi)壁貼合時(shí)，左夾板和右夾板之間的距離為0.5cm。左夾板和右夾板與外殼內(nèi)壁貼合時(shí)，兩根連桿之間呈直線狀態(tài)。光桿表面呈光滑狀，且左夾板和右夾板內(nèi)壁與光桿貼合。左夾板和右夾板均采用PVC硬質(zhì)塑料材質(zhì)。密封橡膠的材質(zhì)采用丁腈橡膠。丁腈橡膠是由丁二烯和丙烯腈經(jīng)乳液聚合法制得的，主要采用低溫乳液聚合法生產(chǎn)，耐油性極好，耐磨性較高，耐熱性較好，粘接力強(qiáng)[5]。

2.1.5 智能報(bào)警與自動(dòng)斷接裝置

智能報(bào)警與自動(dòng)斷接裝置的核心部件主要包括滲水感應(yīng)模塊、接口攝像頭。所述滲水感應(yīng)器安裝在密封夾具上，接口攝像頭安裝在外殼內(nèi)，并配置Wifi裝置，信號(hào)不易受到影響。

僅靠機(jī)械裝置保證密封性可能出現(xiàn)失誤，本裝置裝有滲水感應(yīng)模塊，通過其輸出的繼電器觸點(diǎn)信號(hào)，可與各種檢測(cè)系統(tǒng)相整合。一旦電動(dòng)汽車充電接口在惡劣天氣下發(fā)生滲水，迅速將信號(hào)傳輸?shù)杰囍魇謾C(jī)，同時(shí)控制夾緊機(jī)構(gòu)放松，迅速彈出充電器并將“彈出”的結(jié)果發(fā)送至配套App。本裝置同時(shí)裝配有監(jiān)測(cè)攝像頭。接口攝像頭安裝在外殼處，車主可通過該設(shè)備時(shí)刻查看充電時(shí)的車輛狀態(tài)與車周環(huán)境，使電動(dòng)汽車充電更加安全放心。

2.2 工作原理

（1）在充電接口使用前，首先將該充電接口通過安裝板安裝至新能源的充電口處.

（2）在需要對(duì)新能源汽車進(jìn)行充電時(shí)，斷開卡扣對(duì)密封蓋的卡槽的連接。

（3）打開密封蓋后將充電樁的充電插管插入至外殼內(nèi)，充電插管內(nèi)部的接電管與接電插管相互插接。由于左夾板和右夾板擴(kuò)張，便于充電插管進(jìn)行插入。充電插管插入至外殼內(nèi)部后同時(shí)擠壓上夾緊機(jī)構(gòu)和下夾緊機(jī)構(gòu)前側(cè)的直桿，直桿向后推動(dòng)活動(dòng)轉(zhuǎn)軸，活動(dòng)轉(zhuǎn)軸向后拉動(dòng)左右兩側(cè)的連桿，左夾板和右夾板與外殼內(nèi)壁貼合時(shí)，兩根連桿之間呈直線狀態(tài)，使活動(dòng)轉(zhuǎn)軸向后移動(dòng)時(shí)通過連桿拉動(dòng)左夾板和右夾板產(chǎn)生向內(nèi)收縮的作用力。且由于光桿表面呈光滑狀、左夾板和右夾板內(nèi)壁與光桿貼合，裝置對(duì)左夾板和右夾板的移動(dòng)軌跡進(jìn)行限制，使連桿通過連接轉(zhuǎn)軸拉動(dòng)左夾板和右夾板之間沿光桿進(jìn)行收縮，左夾板和右夾板通過密封橡膠對(duì)充電插管進(jìn)行夾緊，且進(jìn)行密封，增加對(duì)充電插管連接處的密封效果。

（4）當(dāng)電動(dòng)汽車充電接口滲水時(shí)，充電器將自動(dòng)彈出。充電器的自動(dòng)彈出主要依靠電磁式彈出系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)利用電磁作用原理產(chǎn)生的電磁推力使物體加速，且電磁驅(qū)動(dòng)力與電流平方成正比，所以只要保證足夠的電流輸入，便能產(chǎn)生足夠大的推力，從而實(shí)現(xiàn)在電動(dòng)汽車充電接口滲水情況下將充電接口快速彈出。

3 裝置優(yōu)點(diǎn)

目前市場(chǎng)上常見的電動(dòng)汽車，其充電接口在位置和構(gòu)造大都借鑒了燃油汽車油箱加油口，接口都設(shè)置在帶門鎖的艙室內(nèi)，充電的時(shí)候艙室門敞開，充電插頭和充電接口做活動(dòng)連接。國內(nèi)現(xiàn)有電動(dòng)汽車充電接口為避免電動(dòng)汽車充電接口滲水通常采用遮雨蓋設(shè)計(jì)，充電孔是內(nèi)陷式的，充電孔外有絕緣材料的蓋子，充電插頭和充電接口通過螺口或者卡口連接，外力拉扯連接線并不能使其松動(dòng)。但是傳統(tǒng)的電動(dòng)汽車充電插頭和充電接口在充電前后僅僅通過螺口或者卡口連接，不夠方便和密封。而本文介紹的新型電動(dòng)汽車充電接口的設(shè)計(jì)則增強(qiáng)了現(xiàn)有電動(dòng)汽車充電接口在特殊環(huán)境下的安全系數(shù)。并且該新型電動(dòng)汽車充電接口生產(chǎn)成本低，原料容易獲取，制作簡(jiǎn)單，功能齊全，具有良好的生產(chǎn)推廣前景。綜上所述，本文提出的新型電動(dòng)汽車充電接口主要具有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）使用便捷。本充電接口在充電接口內(nèi)部邊沿處安裝了密封夾具，在充電插管插入時(shí)，充電插管擠壓密封夾具后側(cè)的夾緊機(jī)構(gòu)，使夾緊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)左右兩側(cè)的夾板對(duì)充電插管進(jìn)行夾緊，增加與充電插管的貼合度。左夾板和右夾板擴(kuò)張，便于充電插管進(jìn)行插入。

（2）提高充電接口密封性。本充電接口通過在左夾板和右夾板內(nèi)側(cè)前端分別設(shè)置了密封橡膠，充電插管插入時(shí)，左夾板和右夾板通過密封橡膠對(duì)充電插管進(jìn)行夾緊，增加電動(dòng)汽車充電接口密封性。

（3）提高充電安全性。傳統(tǒng)的電動(dòng)汽車充電接口緊靠機(jī)械裝置保證密封性可能出現(xiàn)失誤。本裝置裝有滲水感應(yīng)模塊，滲水時(shí)自動(dòng)彈出充電器，讓充電更安全放心。

（4）滿足用戶需求。新型電動(dòng)汽車充電接口裝配有攝像頭，車主可實(shí)時(shí)查看車輛狀況與充電環(huán)境。