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充电桩外壳材料选型要点

来源:本站原创 作者:佚名 发表日期:2016/9/22

充电桩外壳材料选型要点

充电桩行业发展迅猛,市场空间巨大

目前,中国已是世界第一大汽车生产和消费国,中国政府大力支持新能源汽车特别是纯电动汽车的发展。根据中国汽车工业协会数据显示,2015年我国新能源汽车生产340471辆,销量331092辆,同比增长3.3倍和3.4倍。

充电桩行业即将爆发

在电池性能、单次充电行驶里程短期不能显著提高的情况下,充电桩作为新能源汽车的标配,直接决定了新能源汽车的发展。

但是目前在在电动汽车产业发展过程中,普遍存在注重车而不注重充电基础设施的问题,有车无桩、有桩无车现象并存。该现象的存在也大大制约着我国新能源汽车的发展。

为此,国家相继出台各项产业政策,大力推动充电基础设施(充电桩/充电站)的建设,。根据国务院《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》,将建设"桩站先行,适度超前,智能高效"的充电基础设施体系。2015年~2020年,将建成充电桩480万个,充电站1.2万座。预估将释放900亿元的市场潜能。

充电桩使用环境解析

根据前期调研发现,充电桩的实际使用环境复杂,有些用于南方沿海环境,材料将面临高温冲击,高紫外线照射,海边盐雾腐蚀等环境应力的影响,充电桩表面温度可能升至85℃甚至更高,可能使材料软化,爬电距离和电气间隙减少,诱发质量事故。长期紫外线照射会使材料严重褪色,甚至降低力学性能,导致材料老化,开裂,影响美观和安全性能;

有些用于北方极寒气候,以黑龙江、内蒙古北部地区为例,充电桩冬季使用环境经常低至-40℃;致使材料发脆、开裂,严重失效。

有些地区临近陶瓷行业和发电厂,排放含硫气体,形成酸雨,显著加快产品失效。

表1 某地区酸雨量及PH值统计

年份

酸雨频率

酸雨占总雨量

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,由于人体可直接接触充电桩,且为了达到高速充电的效果,充电桩的使用电流非常大,这对于材料电气绝缘性能和耐燃、阻燃性能也提出了严苛的要求。

表2 充电桩额定电压/电流

充电接口

额定电压/V

额定电流/A

交流

250/440

16/32

直流

750

125/250

由上可知,充电桩使用环境非常苛刻,对外壳材料质量要求很高。但是目前国内各材料供应商的种类和改性水平千差万别,市场上也没有统一的行业标准,导致产品匹配性差、性能参差不齐,带来极大的浪费和安全隐患。

充电桩材料组成

在了解了充电桩的使用环境后,我们再来看看充电桩中的哪些材料将经受这些严苛的环境考验。

目前,充电桩中的材料部件,主要由以下几部分组成:

其中,经常暴露于外部环境中的主要部件有充电桩外壳、充电枪外壳、插头插座、电线电缆的外层材料。那么,要搞清楚这些部件如何选材,我们先来看看这些部件经常使用的塑料都有哪些。

充电桩材料常用塑料介绍

目前,充电桩上各部件主要使用的材料如上图所列。搞清楚了这些部件平常主要使用哪些材料后,我们再从国内外充电桩整机标准的角度,来剖析一下材料的设计选型。

充电桩国内外标准对于外壳材料的要求解读

充电桩整机标准

下图为国内外主要的充电桩及充电枪适用标准。其中,美国主要采用UL标准对充电桩整机进行考核,而其他发达国家主要借鉴IEC标准对整机进行考核。

从国内情况来看,目前主要采用的标准是国标GB/T 18487系列标准和能源局标准NB/T 33001、NB/T33008等。这些标准部分采用了IEC的要求,并结合我国的实际情况,进行了一定程度的修订。这些标准的制定,主要是解决目前我国充电桩通信接口不统一、安全性兼容性不足、互联互通程度低等问题。但是其中对于材料的要求较少,仍有待完善。

国外充电桩标准对于外壳材料的具体要求

由于新能源汽车在国外的起步较早,充电桩的配套标准相对完善,对于材料的具体要求也更为细致。以UL为例,其通过对整机的使用环境进行细分,明确不同产品,不同使用环境下的材料要求,通过对材料的机械、阻燃、电气和环境老化进行测试,评估产品合规性。

国内充电桩标准对于材料的具体要求

目前,我国的充电桩整机标准中,对于材料尚无特别明确的要求。充电枪的整机标准中,主要通过"6.8 橡胶和热塑性材料的耐老化;6.10 绝缘电阻和介电强度;6.12 使用寿命(插拔寿命试验);6.17 爬电距离、电气间隙和穿透密封胶距离;6.18 耐热、耐燃和耐电痕;6.21车辆碾压"等章节对材料进行要求。但是分析这些条款后发现如下问题:1、材料的耐老化通过将材料暴露在70/80℃的烘箱中10/7天后,评估其表面裂痕和发粘发腻情况来评价,对于材料长期在紫外线照射、雨淋、化学环境侵蚀、低温冲击条件下的性能变化情况,缺乏评价手段,而这些指标恰恰是整机制造方所关注的重点性能;2、材料的机械强度要求主要通过插拔寿命试验和车辆碾压试验来评估,那么具体材料的冲击性能、拉伸性能、弯曲性能、尺寸稳定性、硬度应达到多少,这些在本标准中未能细化;3、材料的阻燃性能,主要使用灼热丝试验来进行评估,实际上,灼热丝试验主要是评估材料在局部过热情况下防止起火的能力,但是若材料已经起火,如果能有效的防止火焰蔓延,能否将火焰控制在器具内部不造成更大的事故,却是灼热丝试验无法评价的。

那么,一方面是严苛的使用环境要求,一方面是国内标准的不完善以及行业选材的不规范。到底应该如何设置充电桩外壳材料的技术参数,才能满足充电桩在各种环境下的服役要求呢?

在此,小编有幸了解到,中国质量认证中心(CQC)于今年年初编制并发布了国内首个《电动汽车充电设备非金属材料外壳技术规范》(具体技术要求见下表),该技术规范由中国质量认证中心与华商三优、许继电气、巴斯巴、苏州智绿、科思创、金发、聚赛龙等业内知名充电桩生产企业及大型材料企业共同编制。

本技术规范从充电桩的实际使用环境出发,通过对材料耐老化、耐候、耐低温冲击、阻燃、耐热、电气绝缘等方面性能的考核,来评价材料是否能够达到长期服役要求。

表3 充电桩外壳材料性能要求

检测项目

依据标准

要求值

灼热丝起燃温度

GB/T 5169.13

≥775℃

燃烧等级

GB/T 5169.16

V-0/1.5mm

球压

GB/T 5169.21

≥85℃,或环境中预期可能达到的最高温度

相比电痕化指数

GB/T 4207

≥175V

加速老化测试

GB/T 16422.2(方法A)

(弯曲强度、悬臂梁/简支梁冲击强度)≥70%初始材料性能

色牢度(按GB/T 250测试)≥4级

耐化学环境测试

GB/T 11547

试液A:2%硫酸溶液;

试液B:10%氯化钠溶液;

浸泡时间:168h;浸泡温度:70℃

(弯曲强度、悬臂梁/简支梁冲击强度)≥50%初始材料性能

耐低温冲击

GB/T 2423.1(试验方法 Ad)

试验温度:-40℃持续时间 48h

低温冲击后材料按GB/T 1843/U 测试悬臂梁冲击强度,

不应出现破坏现象

低温冲击后材料按GB/T 1043.1/1eU 测试简支梁冲击强度,不应出现破坏现象

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