一種新型電動汽車充電接口

陸秋陽 臧向迪 王婧 呂青

1、華北電力大學科技學院 2、華北電力大學3、天津醫科大學臨床醫學院 4、貴州財經大學

1 項目背景

隨著新能源汽車銷量的逐年提高，純電動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，其中電動汽車充電時的安全問題便是其中之一。根據國家交通部門的監測統計，從2019年5月到年底，一共發生了113起電動汽車充電著火事故，尤其是在5～6月和7～8月兩個天氣炎熱又降水量多的區段。CATARC機構與北理工大學參與到了事故的調查和原因認定的程序中，調查結果表明由充電接口技術缺陷所導致的事故約占總事故原因的10%～15%，可見充電接口的技術與安全性能有待進一步提高[2-3]。國內外很多機構對電動汽車充電事故的原因進行了分析，分析發現有的電動汽車的充電接口一般采用插拔方式進行充電連接，防水效果差，在充電時遇到下雨情況時容易導致充電接口進水，進而導致充電樁以及電動汽車短路，造成嚴重的人身傷害與經濟損失[4]。

目前，很多充電設施在建設時對底部地面進行了硬化處理和基礎防護，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施因積水量過多而發生短路。此外，現存的多數充電設施有滲水自動報警功能，但是報警提示后仍需要用戶手動終止充電過程，并不能自動彈出充電接口，也不能夠自動的檢測車輛的狀況。

電動汽車充電安全隱患是制約電動汽車行業發展的一個重要因素。2020年5月13日，工信部官網發布了電動汽車、電動客車、動力電池等三項強制國家標準，規定了電動汽車的電氣安全和功能安全。該標準于2021年1月1日起正式實施，進一步提高了對電動汽車充電安全的要求。電動汽車充電安全越來越受到關注，政府部門不斷出臺相關政策規范充電設施，用戶也迫切需要電動汽車充電的安全性提高。更便捷、更安全的接口設計，能使用戶更加安全、放心地使用新能源汽車，從而進一步推動電動汽車產業的發展。

2 新型充電接口結構與工作原理

2.1 新型電動汽車充電借口原理

為了克服現有技術的不足，解決充電接口的防水效果，在充電時遇到下雨情況時容易導致充電接口進水問題，本項目提出了一種新型新能源汽車充電接口，進一步提升了充電接口的密封性與防水性，并同時配置有滲水智能報警與自動斷接裝置。該裝置的結構包括外殼、安裝板、卡扣、接電插管、密封夾具、密封蓋和卡槽、滲水感應模塊和監控系統。該新型充電接口在充電接口內部邊沿處安裝了密封夾具，在充電插管插入時，充電插管擠壓密封夾具后側的夾緊機構，使夾緊機構帶動左右兩側的夾板對充電插管進行夾緊，增加與充電插管的貼合度。由于左夾板和右夾板擴張，便于充電插管進行插入。此外，在左夾板和右夾板內側前端分別設置了密封橡膠，充電插管插入時，左夾板和右夾板通過密封橡膠對充電插管進行夾緊，增加對充電插管連接處的密封效果。當滲水感應模塊感應滲水時，該裝置能夠通過電磁設備迅速彈出充電槍，并通過App反饋給車主。此外，該裝置裝配有微波無線監控設備，可有效發送實時畫面至配套App，車主可實時查看車輛狀況與充電環境。新型電動汽車充電接口結構圖如圖所示：

圖1 新型電動汽車充電接口結構圖

圖中，外殼1外側中部安裝有安裝板2；外殼1左側前端安裝有卡扣3；外殼1內中部固定有接電插管4；外殼1內部邊沿處安裝有密封夾具5；外殼1右側前端通過轉軸與密封蓋6進行轉動連接。密封蓋6前端中部開設有卡槽7。各部分的機械結構介紹如下：

2.1.1 外殼

外殼外側中部安裝有安裝板，外殼左側前端安裝有卡扣，外殼內中部固定有接電插管，外殼內部邊沿處安裝有密封夾具，外殼右側前端通過轉軸與密封蓋進行轉動連接，密封蓋前端中部開設有卡槽。

2.1.2 密封夾具

密封夾具由左夾板、右夾板、光桿、上夾緊機構、下夾緊機構和密封橡膠組成，光桿設置有兩根，且橫向貫穿左夾板和右夾板內部后側上下兩端，左夾板和右夾板內部后端上下兩側分別安裝有上夾緊機構和下夾緊機構，左夾板和右夾板內側前端固定有密封橡膠，光桿左右兩側通過螺栓與外殼相互鎖固。

2.1.3 夾緊機構

上夾緊機構由支撐板、直桿、活動轉軸、連桿和連接轉軸組成，支撐板后端與直桿相互焊接，所述直桿后端與活動轉軸相互焊接，連桿設置有兩根，所述連桿一端沿活動轉軸進行轉動，且兩根連桿另一端通過連接轉軸分別與左夾板和右夾板進行轉動連接。上夾緊機構和下夾緊機構結構一致，且分別設置于左夾板和右夾板之間上下兩側。

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壁貼合時，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壁貼合時，兩根連桿之間呈直線狀態。光桿表面呈光滑狀，且左夾板和右夾板內壁與光桿貼合。左夾板和右夾板均采用PVC硬質塑料材質。密封橡膠的材質采用丁腈橡膠。丁腈橡膠是由丁二烯和丙烯腈經乳液聚合法制得的，主要采用低溫乳液聚合法生產，耐油性極好，耐磨性較高，耐熱性較好，粘接力強[5]。

2.1.5 智能報警與自動斷接裝置

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

僅靠機械裝置保證密封性可能出現失誤，本裝置裝有滲水感應模塊，通過其輸出的繼電器觸點信號，可與各種檢測系統相整合。一旦電動汽車充電接口在惡劣天氣下發生滲水，迅速將信號傳輸到車主手機，同時控制夾緊機構放松，迅速彈出充電器并將“彈出”的結果發送至配套App。本裝置同時裝配有監測攝像頭。接口攝像頭安裝在外殼處，車主可通過該設備時刻查看充電時的車輛狀態與車周環境，使電動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）在需要對新能源汽車進行充電時，斷開卡扣對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，充電插管內部的接電管與接電插管相互插接。由于左夾板和右夾板擴張，便于充電插管進行插入。充電插管插入至外殼內部后同時擠壓上夾緊機構和下夾緊機構前側的直桿，直桿向后推動活動轉軸，活動轉軸向后拉動左右兩側的連桿，左夾板和右夾板與外殼內壁貼合時，兩根連桿之間呈直線狀態，使活動轉軸向后移動時通過連桿拉動左夾板和右夾板產生向內收縮的作用力。且由于光桿表面呈光滑狀、左夾板和右夾板內壁與光桿貼合，裝置對左夾板和右夾板的移動軌跡進行限制，使連桿通過連接轉軸拉動左夾板和右夾板之間沿光桿進行收縮，左夾板和右夾板通過密封橡膠對充電插管進行夾緊，且進行密封，增加對充電插管連接處的密封效果。

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

3 裝置優點

目前市場上常見的電動汽車，其充電接口在位置和構造大都借鑒了燃油汽車油箱加油口，接口都設置在帶門鎖的艙室內，充電的時候艙室門敞開，充電插頭和充電接口做活動連接。國內現有電動汽車充電接口為避免電動汽車充電接口滲水通常采用遮雨蓋設計，充電孔是內陷式的，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。但是傳統的電動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汽車充電接口的設計則增強了現有電動汽車充電接口在特殊環境下的安全系數。并且該新型電動汽車充電接口生產成本低，原料容易獲取，制作簡單，功能齊全，具有良好的生產推廣前景。綜上所述，本文提出的新型電動汽車充電接口主要具有如下優勢：

（1）使用便捷。本充電接口在充電接口內部邊沿處安裝了密封夾具，在充電插管插入時，充電插管擠壓密封夾具后側的夾緊機構，使夾緊機構帶動左右兩側的夾板對充電插管進行夾緊，增加與充電插管的貼合度。左夾板和右夾板擴張，便于充電插管進行插入。

（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側前端分別設置了密封橡膠，充電插管插入時，左夾板和右夾板通過密封橡膠對充電插管進行夾緊，增加電動汽車充電接口密封性。

（3）提高充電安全性。傳統的電動汽車充電接口緊靠機械裝置保證密封性可能出現失誤。本裝置裝有滲水感應模塊，滲水時自動彈出充電器，讓充電更安全放心。

（4）滿足用戶需求。新型電動汽車充電接口裝配有攝像頭，車主可實時查看車輛狀況與充電環境。