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充電樁外殼材料選型要點

 來源:本站原創 作者:佚名 發表日期:2016/9/22

   充電樁外殼材料選型要點

  充電樁行業發展迅猛,市場空間巨大

  目前,中國已是世界第一大汽車生產和消費國,中國政府大力支持新能源汽車特別是純電動汽車的發展。根據中國汽車工業協會數據顯示,2015年我國新能源汽車生產340471輛,銷量331092輛,同比增長3.3倍和3.4倍。

  充電樁行業即將爆發

  在電池性能、單次充電行駛里程短期不能顯著提高的情況下,充電樁作為新能源汽車的標配,直接決定了新能源汽車的發展。

  但是目前在在電動汽車產業發展過程中,普遍存在注重車而不注重充電基礎設施的問題,有車無樁、有樁無車現象并存。該現象的存在也大大制約著我國新能源汽車的發展。

  為此,國家相繼出臺各項產業政策,大力推動充電基礎設施(充電樁/充電站)的建設,。根據國務院《關于加快電動汽車充電基礎設施建設的指導意見》,將建設“樁站先行,適度超前,智能高效”的充電基礎設施體系。2015年~2020年,將建成充電樁480萬個,充電站1.2萬座。預估將釋放900億元的市場潛能。

  充電樁使用環境解析

  根據前期調研發現,充電樁的實際使用環境復雜,有些用于南方沿海環境,材料將面臨高溫沖擊,高紫外線照射,海邊鹽霧腐蝕等環境應力的影響,充電樁表面溫度可能升至85℃甚至更高,可能使材料軟化,爬電距離和電氣間隙減少,誘發質量事故。長期紫外線照射會使材料嚴重褪色,甚至降低力學性能,導致材料老化,開裂,影響美觀和安全性能;

  有些用于北方極寒氣候,以黑龍江、內蒙古北部地區為例,充電樁冬季使用環境經常低至-40℃;致使材料發脆、開裂,嚴重失效。

  有些地區臨近陶瓷行業和發電廠,排放含硫氣體,形成酸雨,顯著加快產品失效。

  表1 某地區酸雨量及PH值統計

年份

酸雨頻率

酸雨占總雨量

降水平均PH值

酸雨平均PH值

2010

98.1

81.8

4.55

4.46

2011

71.2

81.8

4.66

4.51

2012

74.3

78.2

4.50

3.51

2013

99.0

99.0

4.12

3.43

  此外,由于人體可直接接觸充電樁,且為了達到高速充電的效果,充電樁的使用電流非常大,這對于材料電氣絕緣性能和耐燃、阻燃性能也提出了嚴苛的要求。

  表2 充電樁額定電壓/電流

充電接口

額定電壓/V

額定電流/A

交流

250/440

16/32

直流

750

125/250

  由上可知,充電樁使用環境非?量,對外殼材料質量要求很高。但是目前國內各材料供應商的種類和改性水平千差萬別,市場上也沒有統一的行業標準,導致產品匹配性差、性能參差不齊,帶來極大的浪費和安全隱患。

  充電樁材料組成

  在了解了充電樁的使用環境后,我們再來看看充電樁中的哪些材料將經受這些嚴苛的環境考驗。

  目前,充電樁中的材料部件,主要由以下幾部分組成:

  其中,經常暴露于外部環境中的主要部件有充電樁外殼、充電槍外殼、插頭插座、電線電纜的外層材料。那么,要搞清楚這些部件如何選材,我們先來看看這些部件經常使用的塑料都有哪些。

  充電樁材料常用塑料介紹

  目前,充電樁上各部件主要使用的材料如上圖所列。搞清楚了這些部件平常主要使用哪些材料后,我們再從國內外充電樁整機標準的角度,來剖析一下材料的設計選型。

  充電樁國內外標準對于外殼材料的要求解讀

  充電樁整機標準

  下圖為國內外主要的充電樁及充電槍適用標準。其中,美國主要采用UL標準對充電樁整機進行考核,而其他發達國家主要借鑒IEC標準對整機進行考核。

  從國內情況來看,目前主要采用的標準是國標GB/T 18487系列標準和能源局標準NB/T 33001、NB/T33008等。這些標準部分采用了IEC的要求,并結合我國的實際情況,進行了一定程度的修訂。這些標準的制定,主要是解決目前我國充電樁通信接口不統一、安全性兼容性不足、互聯互通程度低等問題。但是其中對于材料的要求較少,仍有待完善。

  國外充電樁標準對于外殼材料的具體要求

  由于新能源汽車在國外的起步較早,充電樁的配套標準相對完善,對于材料的具體要求也更為細致。以UL為例,其通過對整機的使用環境進行細分,明確不同產品,不同使用環境下的材料要求,通過對材料的機械、阻燃、電氣和環境老化進行測試,評估產品合規性。

  國內充電樁標準對于材料的具體要求

  目前,我國的充電樁整機標準中,對于材料尚無特別明確的要求。充電槍的整機標準中,主要通過“6.8 橡膠和熱塑性材料的耐老化;6.10 絕緣電阻和介電強度;6.12 使用壽命(插拔壽命試驗);6.17 爬電距離、電氣間隙和穿透密封膠距離;6.18 耐熱、耐燃和耐電痕;6.21車輛碾壓”等章節對材料進行要求。但是分析這些條款后發現如下問題:1、材料的耐老化通過將材料暴露在70/80℃的烘箱中10/7天后,評估其表面裂痕和發粘發膩情況來評價,對于材料長期在紫外線照射、雨淋、化學環境侵蝕、低溫沖擊條件下的性能變化情況,缺乏評價手段,而這些指標恰恰是整機制造方所關注的重點性能;2、材料的機械強度要求主要通過插拔壽命試驗和車輛碾壓試驗來評估,那么具體材料的沖擊性能、拉伸性能、彎曲性能、尺寸穩定性、硬度應達到多少,這些在本標準中未能細化;3、材料的阻燃性能,主要使用灼熱絲試驗來進行評估,實際上,灼熱絲試驗主要是評估材料在局部過熱情況下防止起火的能力,但是若材料已經起火,如果能有效的防止火焰蔓延,能否將火焰控制在器具內部不造成更大的事故,卻是灼熱絲試驗無法評價的。

  那么,一方面是嚴苛的使用環境要求,一方面是國內標準的不完善以及行業選材的不規范。到底應該如何設置充電樁外殼材料的技術參數,才能滿足充電樁在各種環境下的服役要求呢?

  在此,小編有幸了解到,中國質量認證中心(CQC)于今年年初編制并發布了國內首個《電動汽車充電設備非金屬材料外殼技術規范》(具體技術要求見下表),該技術規范由中國質量認證中心與華商三優、許繼電氣、巴斯巴、蘇州智綠、科思創、金發、聚賽龍等業內知名充電樁生產企業及大型材料企業共同編制。

  本技術規范從充電樁的實際使用環境出發,通過對材料耐老化、耐候、耐低溫沖擊、阻燃、耐熱、電氣絕緣等方面性能的考核,來評價材料是否能夠達到長期服役要求。

  表3 充電樁外殼材料性能要求

檢測項目

依據標準

要求值

灼熱絲起燃溫度

GB/T 5169.13

≥775℃

燃燒等級

GB/T 5169.16

V-0/1.5mm

球壓  

GB/T 5169.21

≥85℃,或環境中預期可能達到的最高溫度

相比電痕化指數

GB/T 4207

≥175V

加速老化測試

GB/T 16422.2(方法A)

(彎曲強度、懸臂梁/簡支梁沖擊強度)≥70%初始材料性能

色牢度(按GB/T 250測試)≥4級

耐化學環境測試

GB/T 11547

試液A:2%硫酸溶液;

試液B:10%氯化鈉溶液;

浸泡時間:168h;浸泡溫度:70℃

(彎曲強度、懸臂梁/簡支梁沖擊強度)≥50%初始材料性能

耐低溫沖擊

GB/T 2423.1(試驗方法 Ad)

試驗溫度:-40℃  持續時間 48h

低溫沖擊后材料按GB/T 1843/U 測試懸臂梁沖擊強度,

不應出現破壞現象

低溫沖擊后材料按GB/T 1043.1/1eU 測試簡支梁沖擊強度,不應出現破壞現象

 

[責任編輯:yclkzyw] 
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