高寒地區(qū)直流充電樁設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討

摘 要：隨著交通網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，各類新型技術(shù)層出不窮，交通方式也發(fā)生了巨大的變化。為了滿足當(dāng)代社會(huì)對(duì)交通的發(fā)展需求，新能源客車應(yīng)時(shí)而生，并在各地得到了推廣應(yīng)用。但由于各地的環(huán)境不同、氣候不同，因此在新能源客車的技術(shù)問題上提出了較高的要求。尤其在直流充電樁設(shè)計(jì)上提出了更高的要求，文章主要分析了低溫環(huán)境對(duì)直流充電設(shè)備的影響，對(duì)直流充電樁內(nèi)部各部件進(jìn)行了不符合項(xiàng)排查，探討了通過重新選型和溫控加熱的方案解決低溫影響的問題。

關(guān)鍵詞：高寒地區(qū)；直流充電；樁溫控加熱

1 概述

隨著新能源客車在全國(guó)范圍迅速推廣，我公司直流充電樁安裝運(yùn)行于全國(guó)各地。我國(guó)地域遼闊，氣候多樣，要求充電樁適應(yīng)較寬的溫度范圍。特別是應(yīng)用于東北高寒地區(qū)的產(chǎn)品，需要根據(jù)當(dāng)?shù)刈畹蜏囟惹闆r進(jìn)行設(shè)計(jì)。

高寒地區(qū)的冬季溫度相對(duì)較低，氣候條件較差，冬季最低氣溫可以達(dá)到-40℃，電氣設(shè)備在高寒地區(qū)所面臨的共同問題便是低溫問題。而新能源客車在高寒地區(qū)運(yùn)行中最大的技術(shù)難題便是充電設(shè)備會(huì)受到環(huán)境溫度的影響，致使零件性能、運(yùn)行工況受損，除此之外設(shè)備的可維護(hù)性也會(huì)發(fā)生改變。若不能采取及時(shí)有效的方式予以改善，很可能導(dǎo)致充電系統(tǒng)運(yùn)行受到影響，引發(fā)諸多安全事故。

文章結(jié)合北方充電設(shè)備相關(guān)使用狀況以及設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，對(duì)低溫狀況下充電設(shè)備受到環(huán)境溫度影響相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了分析，對(duì)充電設(shè)備設(shè)計(jì)要點(diǎn)、選型要點(diǎn)提出了合理的建議，希望能夠?yàn)榈蜏丨h(huán)境充電設(shè)備的設(shè)計(jì)提供參考。

2 直流充電樁在低溫環(huán)境下運(yùn)行的常見問題

目前低溫狀態(tài)下充電設(shè)備存在的問題主要包括以下幾方面：低溫環(huán)境下金屬材料容易發(fā)生脆斷、導(dǎo)線和絕緣材料會(huì)發(fā)生開裂、低溫環(huán)境下開關(guān)電源會(huì)出現(xiàn)低溫啟動(dòng)、相關(guān)參數(shù)也會(huì)發(fā)生改變并引發(fā)控制系統(tǒng)失效、人機(jī)交互界面（彩色觸摸屏）性能變化等。

而充電設(shè)備在低溫環(huán)境中常見的問題主要有以下幾方面。

（1）金屬材料脆斷。低溫環(huán)境下，金屬材料容易受到溫度變化影響，其機(jī)械性能會(huì)發(fā)生較大的改變。若溫度低于一定數(shù)值，那么一些韌性較好的金屬便會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)的脆性，低溫環(huán)境下金屬構(gòu)件發(fā)生損壞的原因便在此。如果處理不當(dāng)，充電樁柜體門板、充電模塊支撐條架等在溫度環(huán)境過低的條件下其鋼結(jié)構(gòu)件的機(jī)械性能會(huì)由于溫度變化而降低，因而發(fā)生脆斷問題，致使充電設(shè)備內(nèi)部模塊發(fā)生塌陷，影響產(chǎn)品運(yùn)行的安全性。

（2）低溫焊接。機(jī)械結(jié)構(gòu)以及機(jī)械構(gòu)件在低溫環(huán)境下受影響最大的便是焊接。焊接區(qū)域在低溫環(huán)境中很容被破壞或發(fā)生脆斷。若焊接工藝不當(dāng)，那么焊接部位的結(jié)構(gòu)應(yīng)力以及晶粒之間的應(yīng)力消除不良，必然會(huì)導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)低溫環(huán)境下的金相組織不穩(wěn)，由此造成低溫脆斷問題的產(chǎn)生。所以焊接材料的焊接缺陷以及低溫特性影響對(duì)金屬材料在低溫下的性能尤為重要。充電柜內(nèi)部安裝條架及充電模塊支撐架是由冷軋鋼板折彎后全焊接而成，需用到大量的焊接材料。

（3）電絕緣結(jié)構(gòu)的改變。低溫環(huán)境下，絕緣材料的絕緣性能以及電氣元件的絕緣性能都會(huì)受到影響，不但電絕緣結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，相關(guān)金屬元件以及焊接點(diǎn)也會(huì)由于溫度過低而發(fā)生脆斷。絕緣材料的物理性能以及電磁性能也會(huì)受到影響，而知識(shí)工作點(diǎn)發(fā)生漂移。

在低溫下，熔斷器熔斷特性和被保護(hù)對(duì)象額定過載匹配會(huì)受到影響而發(fā)生改變。熔斷器具有一定的額定電流值，而額定電流值是由熔斷材料能夠長(zhǎng)期工作的最高溫升決定的，而熔斷器工作環(huán)境不同、條件不同，其載流能力也不同。若熔斷器的使用環(huán)境溫度相對(duì)較低，那么其載流能力受到影響，保護(hù)匹配性必然會(huì)發(fā)生改變。

低溫環(huán)境下，隨著環(huán)境溫度的改變，交流磁力啟動(dòng)器以及交流接觸器、交流牽引電磁鐵的吸合、釋放電壓也會(huì)發(fā)生改變，溫度降低，其吸合、釋放電壓降低，但涂有潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂的結(jié)構(gòu)部分在環(huán)境溫度較低的情況下，響應(yīng)也會(huì)變差。

普通的手動(dòng)電器在環(huán)境溫度較低的情況下，也會(huì)出現(xiàn)由于電器上橡膠護(hù)套硬化、脫扣失靈等問題致使電器無(wú)法操作。而一些絕緣材料在低溫環(huán)境中，其絕緣電阻會(huì)明顯升高。

低溫狀態(tài)下，受到環(huán)境溫度影響聚氯乙烯導(dǎo)線也會(huì)出現(xiàn)絕緣層變硬發(fā)脆問題，因而只能在固定位置接線處使用聚氯乙烯導(dǎo)線，而在轉(zhuǎn)彎等活動(dòng)部位則應(yīng)當(dāng)應(yīng)用其他材料。

3 低溫對(duì)直流充電樁主要零部件的影響及解決措施

產(chǎn)品在低溫環(huán)境下應(yīng)用范圍會(huì)受到極大的限制，所以在設(shè)備的設(shè)計(jì)制造中，低溫環(huán)境下產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)累積并不受到重視，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如常溫、高溫環(huán)境下產(chǎn)品的制造、設(shè)計(jì)。并且零件的種類不同，其在低溫環(huán)境下受到的影響也不同，需要針對(duì)性的采取措施予以解決。

（1）對(duì)于金屬構(gòu)件，應(yīng)根據(jù)承受載荷的形式予以區(qū)別對(duì)待。采取適當(dāng)?shù)臒崽幚矸椒ǎù慊?中溫回火）能顯著提高材料承受沖擊的能力，避免應(yīng)力集中。重要的是在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中應(yīng)盡量減少部件承受沖擊的機(jī)會(huì)，如應(yīng)考慮減少運(yùn)行和運(yùn)輸中部分部件出現(xiàn)的共振現(xiàn)象，盡量避免金屬零件出現(xiàn)懸臂梁的結(jié)構(gòu)等。

（2）對(duì)焊縫的影響。焊接件在高寒地區(qū)環(huán)境溫度下存在低溫疲勞問題。大量試驗(yàn)結(jié)果表明，幾乎所有金屬材料的疲勞極限均隨溫度的降低而下降，而材料的缺口敏感性也增大。因此，焊縫是影響低溫疲勞強(qiáng)度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。焊縫的抗疲勞能力主要取決于焊接質(zhì)量和焊縫型式，如果焊縫中存在大的缺陷，極易引起低溫脆斷破壞。為保證金屬結(jié)構(gòu)的焊接強(qiáng)度和耐低溫性能，應(yīng)先對(duì)焊件進(jìn)行預(yù)熱，且焊條材質(zhì)必須與母材接近或一致。焊條在使用前必須烘干1h并放在專用的儲(chǔ)存筒中備用。零件焊接后要進(jìn)行回火處理，消除應(yīng)力。

（3）電子電氣器件在溫度變化較大以及溫度環(huán)境惡劣的環(huán)境下，其功能必然會(huì)受到影響，在高寒地區(qū)，環(huán)境溫度無(wú)法滿足常規(guī)元件適用范圍，因而其功能必然會(huì)受到影響。

依據(jù)低溫對(duì)電氣設(shè)備的影響，以及高寒地區(qū)的環(huán)境溫度（-40℃）對(duì)充電機(jī)中的電氣件的使用環(huán)境進(jìn)行排查。經(jīng)過排查，在低溫下，斷路器、開關(guān)電源、線纜、交流接觸器、顯示屏不能滿足高寒地區(qū)的使用要求。（1）對(duì)于總開關(guān)塑殼斷路器、開關(guān)電源、線纜通過新的選型，能夠滿足在高寒地區(qū)環(huán)境溫度-40℃的工作要求。（2）為了保證交流接觸器正常工作，在充電機(jī)內(nèi)部設(shè)計(jì)一個(gè)封閉的加熱空間。將交流接觸器放置在這個(gè)封閉的空間，空間內(nèi)部安裝溫度控制器，通過主控器控制加熱器將處于低溫的電氣件加熱到工作溫度范圍，關(guān)閉加熱器，然后啟動(dòng)充電。產(chǎn)品在運(yùn)行過程中，其環(huán)境溫度受到控制器監(jiān)測(cè)，預(yù)先對(duì)控制器設(shè)定預(yù)定值，一旦溫度低于預(yù)定值，則控制器會(huì)啟動(dòng)吹風(fēng)機(jī)、加熱板改善環(huán)境溫度，通過熱氣循環(huán)的方式確保產(chǎn)品設(shè)備的正常運(yùn)行。目前PTC加熱板是最為常用的材料，保證加熱器的使用壽命。（3）人機(jī)交互界面采用低溫單色屏加按鍵的方案，彩色觸摸屏在-40℃的環(huán)境下無(wú)法工作，需要采用低溫單色屏顯示，按鍵輸入。

4 結(jié)束語(yǔ)

高寒型直流充電樁的設(shè)計(jì)需要考慮原材料的低溫性能，針對(duì)不能滿足的部分進(jìn)行重新選材或加熱防護(hù)。隨著我國(guó)直流充電設(shè)備的不斷推廣，運(yùn)行在高寒地區(qū)的直流充電樁數(shù)量相對(duì)較多，若不能依照產(chǎn)品規(guī)定使用，且預(yù)防措施不完善，在高寒地區(qū)的運(yùn)行中極易導(dǎo)致事故的發(fā)生。文章主要探討分析了直流充電樁設(shè)計(jì)要點(diǎn)，在高寒地區(qū)，直流充電樁容易受到低溫環(huán)境影響，通過探討分析以期能夠推進(jìn)直流充電樁技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]陽(yáng)水才，趙國(guó)君，胡建新，等.淺談高寒地區(qū)風(fēng)電專用組合式變壓器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].變壓器，2010，47（6）.

[2]陳良亮，張浩，倪峰，等.電動(dòng)汽車能源供給設(shè)施建設(shè)現(xiàn)狀與發(fā)展探討[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011（14）.