Pred niekoľkými rokmi som stál v testovacej komore a sledoval som, ako do zásuvky nabíjacej pištole prúdia vysokotlakové{0}}vodné trysky zo všetkých možných uhlov. Teplota sa pohybovala medzi bodom mrazu a 40 stupňami a vlhkosť bola nastavená na 95 %. Po 72 hodinách sme otvorili kryt. Jediná kvapka vody vo vnútri by znamenala zlyhanie. Tento test ma naučil niečo, čo sa zdá byť zrejmé, ale neustále sa prehliada: zásuvka na nabíjanie elektrického vozidla nie je len kus plastu a kovu. Je to uzavretý systém, ktorý žije v jednom z najnepriateľskejších prostredí, ktorým čelia akékoľvek automobilové komponenty.
Keďže elektromobily prešli zo zvedavosti prvých{0}}dopravcov k bežnej doprave, infraštruktúra okolo nich musela rýchlo dospieť. Zásuvky na nabíjacie pištole-rozhrania, kde sa nabíjacia zástrčka stretáva s vozidlom alebo podstavcom-strávia celý svoj život vonku. Dážď, sneh, cestná soľ, prašné búrky, priame vystavenie UV žiareniu a výkyvy teplôt od-zimy pod nulou až po horúcu letnú dlažbu sú len časťou popisu práce. A na rozdiel od kľučky dverí alebo ozdobného dielu, ak sa voda dostane do nabíjacej zásuvky, následky nie sú kozmetické. Sú elektrické. Sú kritické pre bezpečnosť-.
Prečo je IP67 základom, nie cieľom
Ak nie ste oboznámení s triedami ochrany proti vniknutiu, IP67 znamená úplnú-tesnosť voči prachu ("6") a schopnosť odolať dočasnému ponoreniu do vody až do hĺbky jedného metra na 30 minút ("7"). Pre zásuvku nabíjacej pištole namontovanú na boku vozidla alebo vystavenú na verejnom nabíjacom podstavci to nie je nad-techniku. Je to minimálna životaschopná špecifikácia.
Videl som, že zásuvky s krytím IP65 zlyhali v skutočných-podmienkach sveta. IP65 si poradí s prachom a prúdom vody, ale nezohľadňuje druh trvalého vystavenia vode, ku ktorému dochádza, keď je vozidlo zaparkované na zaplavenom parkovisku alebo keď sa hodiny topia snehové kaluže okolo základne nabíjacej stanice. IP67 vám poskytuje bezpečnostnú rezervu. V mnohých návrhoch, na ktorých som pracoval, v skutočnosti navrhujeme, aby trvali odolnosť proti ponoreniu IP68-, pretože poľné podmienky sú vždy horšie ako laboratórne podmienky.
Ale tu je inžinierska výzva, ktorá ma drží v noci hore: nemôžete len hermeticky utesniť nabíjaciu zásuvku a nazvať ju hotovou.
Paradox vetrania-Prečo vodotesné zásuvky stále potrebujú dýchať
Toto je časť, ktorá prekvapí veľa ľudí. Ak je voda nepriateľom, prečo by ste do ohrady zámerne vložili dieru? Odpoveďou je tlakový rozdiel.
Nabíjacie kolíkové zásuvky vytvárajú počas prevádzky teplo. Prúd pretekajúci kontaktmi vytvára odporové zahrievanie. Keď slnko dopadá na čierny nabíjací podstavec, vnútorné teploty sa môžu výrazne vyšplhať nad okolité. Keď slnko zapadne alebo príde búrka, tento kryt sa rýchlo ochladí. Bez spôsobu vyrovnávania tlaku vytvárate vo vnútri utesneného krytu čiastočné vákuum.
Toto vákuum nezaťažuje len tesnenia. Aktívne nasáva vlhkosť cez každú mikroskopickú medzeru, rozhranie tesnenia a vstupný bod kábla. Rozoberal som neúspešné "utesnené" kryty, ktoré nemali žiadne viditeľné poškodenie, ale boli plné kondenzácie. Vlhkosť nevstúpila ako tekutá voda. Vstúpila ako vlhkosť, nasávaná tlakovým cyklovaním a potom kondenzovala na studených vnútorných povrchoch. Akonáhle sa to stane, začne korózia na vašich kolíkoch, stopách PCB a prvkoch senzorov.
Riešenie je kontraintuitívne: potrebujete ventiláciu. Ale nie hocijaký prieduch. Potrebujete vetrací otvor, ktorý umožňuje molekulám vzduchu voľne prechádzať a zároveň úplne blokuje tekutú vodu a častice nečistôt.
Ako vlastne fungujú vodotesné priedušné membrány
Technológia, ktorá to umožňuje, je založená na membránových-materiáloch z expandovaného polytetrafluóretylénu (ePTFE) s mikro-poréznou štruktúrou, kde sú póry dostatočne veľké na to, aby prešli molekuly vzduchu a pary, ale dostatočne malé na to, aby zablokovali kvapôčky vody v dôsledku účinkov povrchového napätia. Je to rovnaký základný princíp, vďaka ktorému je tkanina Gore-Tex nepremokavá a zároveň priedušná, používa sa na ochranu priemyselných komponentov.
V zásuvke nabíjacej pištole sa tieto membrány zvyčajne inštalujú na strategických miestach-často cez vyhradené vetracie otvory v kryte-, aby chránili elektronické prvky jadra a zároveň umožňovali vyrovnávanie tlaku. Membrána musí vykonávať niekoľko úloh súčasne:
Vyrovnanie tlaku:Rýchle vyrovnanie vnútorného a vonkajšieho tlaku počas tepelných cyklov
Kvapalinová bariéra:Blokovanie priameho vniknutia vody aj počas dočasného ponorenia
Filtrácia častíc:Zabraňuje vniknutiu prachu a nečistôt a odieraniu vnútorných kontaktov
Chemická odolnosť:Odoláva vystaveniu automobilovým kvapalinám, čistiacim prostriedkom a ozónu
Tepelný manažment:Umožňuje odvádzanie tepla konvekčným prúdením vzduchu namiesto jeho zachytenia v utesnenej krabici
Získanie všetkých týchto charakteristík v jednom komponente vyžaduje presnú kontrolu nad veľkosťou pórov membrány, hrúbkou a hydrofóbnou úpravou. Nie všetky
„vodotesné prieduchy“ na trhu sú rovnocenné a pri bolestivých zlyhaniach v teréne som sa naučil, že obmedzovanie kvality vetracích otvorov je nesprávna ekonomika.
Účelné-riešenie pre náročné prostredia
V projektoch, na ktorých som sa podieľal, sa priedušné ventilačné komponenty série GL od Goel Technology stali{0}}riešením presne tohto problému. Toto nie sú všeobecné-vetracie otvory hardvéru určené na použitie v automobiloch. Sú navrhnuté špeciálne pre aplikácie, kde sa vyžaduje ochrana IP67 alebo IP68 spolu so spoľahlivým vyrovnávaním tlaku.
Séria GL-vrátane modelov ako GL672, GL673, GL680, GL681 a GL682-ponúka niekoľko charakteristík, ktoré sú dôležité v aplikáciách nabíjania elektromobilov v reálnom svete:
Krytie IP67/IP68:Tieto vetracie otvory si zachovávajú integritu tesnenia aj v náročných testovacích podmienkach, ktoré výrobcovia OEM automobilov vyžadujú. Videl som, že prešli nielen štandardnými testami ponorenia, ale aj agresívnejšími testami tepelných šokov a tlakových-cyklov, ktoré simulujú roky vonkajšieho vystavenia v týždňoch.
Multi{0}}funkčná ochrana:Okrem blokovania vody poskytujú tesnenie proti prachu, odolnosť voči oleju a ochranu proti korózii. To je dôležité, pretože nabíjacia infraštruktúra nemusí čeliť len dažďu. Pri údržbe čelí tlakovým čističom, cestnému spreju zmiešanému s rozmrazovacími soľami a v niektorých priemyselných prostrediach aj chemickým nečistotám prenášaným vzduchom.
Farebné možnosti:Dostupnosť bielych, sivých a čiernych krytov sa javí ako malý detail, kým nepracujete s priemyselnými dizajnérmi, ktorí potrebujú vetrací otvor, aby sa vizuálne integroval do krytu. Mal som projekty, kde bol jasne biely otvor na matnom čiernom nabíjacom podstavci z estetického hľadiska neprijateľný. Farebná flexibilita eliminuje toto trenie.
Integrovaná konštrukcia:Komponenty série GL sú navrhnuté ako samostatné{0}}jednotky, ktoré možno namontovať priamo do krytu zásuvky. To zjednodušuje montáž a znižuje počet potenciálnych únikových ciest v porovnaní s vlastnými membránovými inštaláciami, kde pripájate surový filmový materiál k plastovému portu.
Kde sa tieto otvory objavujú v skutočnom svete
Aj keď sa tu zameriavam na kolíky nabíjania elektromobilov, rovnaký problém{0}}vyrovnávania tlaku existuje v desiatkach automobilových a priemyselných aplikácií. Podobné riešenia vetrania som špecifikoval pre:
EV predné a zadné svetlá:Zostavy LED generujú značné teplo a vyžadujú riadenie kondenzácie
Parkovacie senzory a radarové moduly mmWave: Sú namontované na najexponovanejších miestach vozidla-za nárazníkmi, ktoré zachytávajú priamy sprej na vozovku
Elektromotory a čerpadlá:Tepelné cykly v prostredí-motorového priestoru vytvárajú veľké tlakové rozdiely
Vonkajšie nabíjacie podstavce: Kryty pre zariadenia úrovne 2 a rýchlonabíjacie-jednosmerné prúdy čelia rovnakým výzvam ako zásuvky{2}}namontované vo vozidle, často vo väčšom rozsahu
Elektronické riadiace moduly:Akákoľvek zapečatená krabica s DPS vo vnútri nakoniec potrebuje dýchať
Táto technológia sa presunula aj do-neautomobilových odvetví. Videl som ekvivalentné priedušné vetracie riešenia používané vo vonkajších bezpečnostných kamerách, zdravotníckych sterilizačných zariadeniach a špičkových{2}}zariadeniach, kde by vnútorná kondenzácia poškodila elektroniku. Základné fyzikálne-teplo, chladenie, tlak a vlhkosť- sú univerzálne.
Čo som sa naučil z neúspechov v teréne
Ak existuje jedna rada, ktorú by som dal inžinierom, ktorí navrhujú svoje prvé nabíjanie EVzásuvka kolíkov, je to toto: otestujte ventiláciu za reálnych podmienok, nielen pomocou rozprašovača v laboratóriu.
Videl som, že návrhy, ktoré prešli testovaním ponorenia IP67, zlyhali v teréne, pretože vetracia membrána sa časom zanášala prachom, čo znížilo jej priedušnosť a spôsobilo, že kryt počas rýchleho chladenia vytvoril vákuum. Videl som inštalácie, kde bol vetrací otvor namontovaný na mieste, ktoré umožnilo stojatej vode, aby sa proti nemu hromadila niekoľko dní, čím sa nakoniec prekonalo povrchové napätie membrány dlhším kontaktom.
Ventilačné otvory série GL riešia niektoré z týchto problémov prostredníctvom svojich oleofóbnych a hydrofóbnych povlakov, ktoré pomáhajú zbaviť sa nečistôt a udržiavať prúdenie vzduchu v priebehu času. Stále však záleží na správnom mieste montáže. Chcete, aby bol prieduch umiestnený tak, aby voda prirodzene odtekala, nie zhromažďovala sa. Chcete, aby bol chránený pred priamym-postrekom pod vysokým tlakom, ak je to možné, alebo ho chcete aspoň ohodnotiť, aby ste ho zvládli. A musíte zvážiť orientáciu-niektoré vetracie otvory fungujú lepšie, keď sú namontované zvisle než vodorovne, v závislosti od špecifického tlakového rozdielu a požiadaviek na prietok.
Väčší obraz: Nabíjacia infraštruktúra musí vydržať
Ako sa celosvetovo zrýchľuje zavádzanie elektromobilov, nabíjacia infraštruktúra sa presúva z pilotného nasadenia na trvalé mestské zariadenia. Nabíjacia zásuvka nainštalovaná dnes musí zostať spoľahlivá po dobu desiatich až pätnástich rokov, počas tisícok párovacích cyklov, sezónnych teplotných extrémov a akýchkoľvek poveternostných podmienok, ktoré na ňu zmena klímy prinesie.
Táto požiadavka na dlhú životnosť mení spôsob, akým uvažujeme o výbere komponentov. Ventilačná membrána, ktorá funguje dva roky, nie je dosť dobrá. Tesnenie, ktoré si zachová svoju elasticitu prostredníctvom piatich tepelných cyklov za deň, 365 dní v roku, počas desiatich rokov-to je skutočný technický cieľ. Funguje to na viac ako 18 000 udalostí-vyrovnania tlaku. Materiály sa nemôžu znehodnotiť. Membrána sa nemôže upchať. Bývanie nemôže unaviť.
Preto kladiem dôraz na spoluprácu s dodávateľmi, ktorí rozumejú požiadavkám na kvalifikáciu v automobilovom priemysle. Skúsenosti Goel Technology s aplikáciami série GL-zahŕňajúcimi osvetlenie, senzory, nabíjaciu infraštruktúru a komponenty hnacieho ústrojenstva-znamená, že už vyriešili mnohé z problémov, s ktorými sa dizajnér nabíjacích zásuviek pravdepodobne stretne. Tieto inštitucionálne znalosti sa premietajú do menšieho počtu opakovaní prototypu, rýchlejšieho overovania a nižšieho rizika, keď sa dizajn presunie do sériovej výroby.
Záverečné myšlienky
Hydroizolácia EVzásuvka nabíjacích kolíkovznie to ako jednoduchý problém s tesnením, kým sa ho skutočne nepokúsite vyriešiť. Vo chvíli, keď škatuľu zalepíte, vytvoríte-problém s riadením tlaku. V momente, keď pridáte ventil na vyriešenie problému s tlakom, vytvoríte potenciálnu cestu úniku. Vyrovnanie týchto konkurenčných požiadaviek je miestom, kde žije skutočné inžinierstvo.
IP67 nie je len číslo, ktoré sa má dať do údajového listu. Je to potvrdenie, že zásuvka dokáže prežiť aj v skutočnom svete-zaplavené parkoviská, tlakové-členy údržby, mrznúci dážď a púštne prachové búrky. A dosiahnutie tohto overenia si vyžaduje holistické premýšľanie o dizajne krytu, stratégii vetrania a-dlhodobom správaní materiálu.
Keď nabudúce zapojíte EV do nabíjacej stanice v lejaku, vedzte, že na zaistenie bezpečnosti interakcie bolo vynaložené prekvapivé množstvo inžinierstva. Viditeľnou časťou je nabíjací kábel a konektor. Neviditeľná časť-vyrovnanie tlaku, chémia membrány, dizajn tesnenia-je to, čo ho udržuje v prevádzke po tisícoch daždivých dní.
