新能源汽車充電座密封性的改進(jìn)措施

東華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 張 艷

當(dāng)前，汽車已成為人們居家生活的主要交通工具，然而汽車的發(fā)展過大地消耗了地球資源，同時也引起了環(huán)境污染。汽車排放的尾氣會產(chǎn)生城市的溫室效應(yīng)，并造成臭氧層破壞，形成的酸雨酸霧等環(huán)境問題，對動植物也產(chǎn)生了很大危害，為此，新能源汽車的發(fā)展已成為建設(shè)可持續(xù)發(fā)展低碳社會的重要部分，越來越受到各個國家的高度重視。

1 新能源汽車充電座存在問題分析

充電接口是新能源汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。現(xiàn)有的新能源汽車充電接口還存在過熱、漏水等缺陷，嚴(yán)重威脅新能源汽車充電系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，不利于新能源汽車在市場上的推行和使用。因此，設(shè)計或優(yōu)化改進(jìn)現(xiàn)有新能源汽車充電座結(jié)構(gòu)，讓其能夠降低過熱影響，改善漏水問題，對于推進(jìn)新能源汽車的普及具有重要的意義。

目前電動汽車充電座的防水結(jié)構(gòu)通常是在插座端蓋上設(shè)置密封圈，當(dāng)插座端蓋閉合在充電插座本體上時，密封圈在插端蓋與充電座本體上端面之間形成密封連接，但是目前的防水等級為IP55，仍然太低，不能做到完全防水。另外，充電口蓋和車身鈑金件之間通常不設(shè)有密封結(jié)構(gòu)，雨水容易進(jìn)入到充電接口內(nèi)，進(jìn)而影響充電座的正常使用，降低汽車充電過程的安全性。

2 新能源汽車充電座漏點分析

圖1 某款新能源汽車充電座的漏點

圖2 嵌入連接缺陷

根據(jù)《電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置 第1部分：通用要求》（GB/T 20234.1—2015）的規(guī)定，供電插頭和供電插座、車輛插頭和車輛插座插合后，其防護(hù)等級應(yīng)分別達(dá)到IP55。筆者對當(dāng)下市場上的某一款新能源汽車充電座進(jìn)行防水測試，通過測試發(fā)現(xiàn)該款新能源汽車充電座的漏點主要集中在O形密封圈與線纜入口的Family sealing處（圖1）。其中，充電插座殼體與線纜端蓋之間的防水措施主要是O形密封圈，此密封圈容易失效，并且安裝了O形密封圈以后，殼體與端蓋的間隙又變大，無法做到完全防塵防水。另外，現(xiàn)有的線纜入口Family sealing處支撐不足，只有周邊1圈，中間無支撐，插入線纜易導(dǎo)致Family sealing變形（圖2）；線與Family sealing干涉結(jié)構(gòu)中部分線干涉不足；框口較大，強(qiáng)度不足，用力時易變形。由此說明該款新能源汽車充電座如果沒有O形密封圈，則蓋與殼體的間隙小，如果有O形密封圈，蓋與殼體的間隙大。該款新能源汽車充電座的缺陷，映射出現(xiàn)有IP55的防水等級，已經(jīng)滿足不了新能源汽車充電座的使用需求，如果在此基礎(chǔ)上對此款新能源汽車的充電座進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計，將其防水能力再提高一些，可讓新能源汽車充電座的安全可靠性得到進(jìn)一步提高。

3 新能源汽車充電座結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

3.1 充電座的殼體優(yōu)化

針對殼體與端蓋之間的連接存在巨大的縫隙及O形密封圈存在的問題，筆者對其擬定了以下改進(jìn)方案。

（1）將線纜端蓋進(jìn)行封閉設(shè)計（圖3），并在蓋體上增加加強(qiáng)筋，這樣可以在增加其強(qiáng)度的同時避免與蓋裝配密封時蓋體變形。無封閉蓋殼如圖3a所示，封閉式蓋殼如圖3b所示。

圖3 線纜端蓋

（2）在O形密封圈上增加螺紋（圖4），使O形密封圈與蓋體之間的干涉增加0.2 mm，減小殼體與蓋的間隙。

3.2 電纜出口蓋板優(yōu)化

對于圖3中出現(xiàn)的問題，由于線路進(jìn)入的蓋板之間的連接存在一定縫隙，以及在蓋板的四周連接不緊密，容易產(chǎn)生老化失效，筆者對其擬定了以下改進(jìn)方案。

（1）在蓋板處增加支撐（圖5），避免線纜插入過程中Family sealing變形導(dǎo)致干涉不足和框口變形。

圖4 O形密封圈改進(jìn)前后的對比

圖5 支撐面對比

（2）增加線與Family sealing的干涉，減小Family sealing孔的尺寸；增加線纜與Family sealing的干涉點（圖6），由2個改為3個。

新能源汽車充電座對大功率充電的要求越來越高，充電座在實際運(yùn)用過程中，需要提高使用環(huán)境的安全性，除了加強(qiáng)充電座的維護(hù)外，最主要的還是要從充電座本身出發(fā)，發(fā)展新技術(shù)，提高生產(chǎn)工藝，讓充電座真正符合市場使用需求。

圖6 干涉點對比

知識鏈接

IP防護(hù)等級

IP（Ingress Protection，進(jìn)入防護(hù)）防護(hù)等級系統(tǒng)是由IEC（International Electrotechnical Commission，國際電子技術(shù)委員會）起草的一個以電器設(shè)備和包裝的防塵、防水和防碰撞程度對產(chǎn)品進(jìn)行分類的方法。

防護(hù)等級多以IP后跟隨2個數(shù)字來表述，數(shù)字用來明確防護(hù)的等級。第一位數(shù)字表明設(shè)備抗微塵的范圍，或者是人們在密封環(huán)境中免受危害的程度。代表防止固體異物進(jìn)入的等級（表1），最高級別是6。第二位數(shù)字表明設(shè)備防水的程度。代表防止進(jìn)水的等級（表2），最高級別是8。