防塵防銹新能源汽車充電樁創(chuàng)新設(shè)計

王曉紅，林玉桓，黃文斌，陳曉軍，張 雨，丁強生，王雷猛

(無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院,江蘇 無錫 214153)

0 前言

我國目前的充電樁基本都是以大型充電樁的形式存在，每個充電站都配備相應的直流充電樁和交流充電樁，車主可以根據(jù)電動汽車的實際情況選擇相應的充電方式。 在一定程度上方便了汽車使用者的出行。隨著近年來社會經(jīng)濟水平的提升，人們對于新能源車輛的需求量也越來越大，因此，對充電站建設(shè)規(guī)模以及數(shù)量方面的要求也逐漸提高。 但是，充電樁的發(fā)展尚未形成統(tǒng)一的執(zhí)法標準，充電站通常由公交公司或出租車公司根據(jù)企業(yè)需求建設(shè)，很多大企業(yè)都參與了充電樁平臺的運營，但綜合充電站點還沒有形成，還不是一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，保持標準和消費。

隨著新能源汽車的問世，所以輔助結(jié)構(gòu)充電樁行業(yè)也得到了相應發(fā)展。 目前，充電樁正在高速公路休息區(qū)、公共停車場和住宅區(qū)分階段安裝。 雖然充電樁的數(shù)量有所增加，但充電樁的故障率仍然很高。其中戶外的充電樁損壞最為嚴重，原因是它避免不了長時間暴曬和雨水的侵蝕；長期使用中難免的外殼破損、線纜裸露等問題的存在，還有人為的破壞。這不僅降低了充電樁的安全性，而且干擾了充電樁的正常運行，可能導致故障或損壞。 例如，有車主反映，部分車型頻繁大電流充電會降低充電電池的整體電壓和輸出電流，然后影響充電效率。

對于電動新能源汽車來說，為保證其擁有良好的利用率和可靠性，充電樁是其非常至關(guān)重要的、是最最關(guān)鍵的基礎(chǔ)配套設(shè)施。從消費者的角度考慮，是否愿意購買并乘用電動汽車以代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源汽車，一方面出于對于社會責任的考量，更為重要的是電動汽車能否帶給消費者更為方便舒適的乘用體驗及更為經(jīng)濟的出行成本。而充電樁的建設(shè)與使用體驗，會直接影響到消費者對電動汽車的使用體驗。因此，可以毫不夸張的說,充電樁的建設(shè)決定了電動汽車的未來。充電設(shè)施的設(shè)計及其建設(shè)選址、設(shè)備外觀設(shè)計﹐人機交互都將在電動汽車的推廣普及中成為關(guān)乎成敗的重要因素。因此，對電動汽車的充電樁的設(shè)計研究對新能源汽車的使用及普及具有不可替代的重要意義。

1 汽車充電樁的調(diào)研與分析

1.1 調(diào)研與分析

汽車充電樁是為新能源(電動)汽車提供有效能源保障的重要配套設(shè)施。其作用類似于傳統(tǒng)能源汽車加油站中的加油機。但與傳統(tǒng)能源汽車的加油機所不同的是，它并不依賴深埋于地下的儲油設(shè)備，亦不需依賴輸油管線或油料運輸車的能源輸送，汽車充電樁在地面或者墻璧均可安裝，無需刻意建設(shè)獨立的基站，設(shè)備可安裝在公用空間(如公共寫字樓、商業(yè)區(qū)、住宅等)及任何符合條件的空間當中，使用不同規(guī)格和電壓水平為不同型號的電動汽車充電在技術(shù)上也是可能的。 目前正在開發(fā)或使用的充電樁通常有兩種充電方式：普通充電和快速充電，用戶可以在充電樁交互界面中選擇充電方式和充電時間、查詢信息等功能的操作。

現(xiàn)有的充電樁通常直接暴露在外部環(huán)境中，其表面容易附著灰塵，灰塵大量堆積將會降低充電樁內(nèi)部元器件的散熱效率，也會增加工作人員清理充電樁的工作量，在雨雪等惡劣條件下，其表面也容易積攢雨水積雪，雨水和積雪將會對充電樁的表面造成銹蝕，如若不慎浸入充電樁內(nèi)部，將會對充電樁內(nèi)部元器件造成銹蝕、造成內(nèi)部電路出現(xiàn)短路情況，不僅增加了維修的工作量，也大大降低了充電樁的使用壽命。

通過在充電樁外部增加保護殼，阻礙了灰塵的附著、雨水的銹蝕，保證了充電樁的使用壽命，也減少了維修的工作量，在充電時，將保護殼打開，在不充電時將保護殼閉合，非常便捷，通過太陽能為保護殼的驅(qū)動機構(gòu)進行供電，體現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保。

1.2 項目研究目標及主要內(nèi)容

擬設(shè)計一款可以有效防止因自然天氣情況對充電樁主體造成損害的充電樁及相關(guān)設(shè)備。設(shè)計裝置實現(xiàn)如下目標功能：

1.在惡劣天氣工作環(huán)境下，有效防止雨雪對充電樁表面造成的銹蝕。

2.暴露在外部環(huán)境中時，能夠通過遠程或手動操控自行清除殼體頂部灰塵。

3.擁有太陽能電池板，可以降低用電成本。

4.結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，保養(yǎng)簡易。

主要內(nèi)容：了解和調(diào)研新能源汽車充電樁的研究背景和發(fā)展狀況；依據(jù)設(shè)計目標，創(chuàng)新設(shè)計充電樁殼體及太陽能利用，實現(xiàn)充電樁殼體在惡劣天氣情況下能夠保護充電樁內(nèi)部線路正常工作并可以初步做到能源的自給自足；繪制整機模型圖、非標件零件圖；進行零部件采購和非標零件加工制造、整機裝配，樣機安裝調(diào)試。

2 技術(shù)方案及設(shè)計

針對目前技術(shù)中需要改進的地方，本論文提供一種防塵防銹的新能源汽車充電樁，能防止充電樁的銹蝕和集塵的問題，保證充電樁的使用壽命。

2.1 技術(shù)方案

為實現(xiàn)上述目的，本設(shè)計新型的技術(shù)方案如下：

本文所設(shè)計的為一種防塵防銹的新能源汽車充電樁，包括充電樁本體和設(shè)置在充電樁本體外部的防護殼體，為了更加節(jié)約能源，我們也相信，陽光普照大地，不受地域限制，無需采礦和運輸，無論在哪里，無論是陸地、海洋、山地還是島嶼，都可以直接開發(fā)利用。因此，太陽能的開發(fā)和利用不污染環(huán)境，是最清潔的能源之一，在環(huán)境污染日益嚴重的今天，極具價值。

太陽會源源不斷地向外釋放它的熱量。而地球每年能接收到太陽釋放的能量相當于百萬億噸煤燃燒釋放出來的能量。這是目前為止我們已知的最大的能量源。根據(jù)科學家的研究，預計太陽還將持續(xù)穩(wěn)定釋放能量達到幾百億年。因此可以說太陽的能源是無窮無盡的。

于是我們在防護殼體的頂部設(shè)置了CIGS薄膜太陽能電池板【CIGS是太陽能薄膜電池CuInxGa(1-x)Se2的簡寫，主要組成有Cu(銅)、In(銦)、Ga(鎵)、Se(硒)】，該薄膜可應用于玻璃、不銹鋼板、鋁箔、陶瓷板、聚合物等基材，因為成本低且反應溫度低，因此可在200℃左右生產(chǎn)。可以輕松實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，降低成本。

該生產(chǎn)工藝可以在多個真空沉積室中連續(xù)進行，也可以在一個沉積室中進行多塊板，能夠滿足批量化生產(chǎn)規(guī)模。在生產(chǎn)當中需要的能量也較低。采用PECVD法制取非晶硅時，襯底溫度僅為200～250℃，放電電極所需的放電功率密度為低的。在1500°C左右時，所需要的功率要遠低與其他材質(zhì)。晶體硅太陽能電池的能量一般在三年左右就需要回收。而轉(zhuǎn)換效率為6%的非晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率僅為1-1.5年。 在溫度較高時，也會保持良好的工作。在電池的溫度超過規(guī)定溫度時，輸出的功率就會降低。 對于晶體硅電池，溫度每升高1°C，輸出功率降低約0.5%，而薄膜電池的溫度系數(shù)較低。以非晶硅太陽能電池為例，僅下降0.25%，因此會有大的量產(chǎn)。同時它對溫度的要求性不高，這也是它的一個優(yōu)點。

我們又在防護殼體上對應于充電樁本體的前側(cè)面開設(shè)有操作口，操作口內(nèi)滑動設(shè)置有滑動門板，滑動門板打開或封閉操作口，太陽能電池板的上表面設(shè)置有除塵組件，且除塵組件同步設(shè)置在滑動門板上，除塵組件跟隨滑動門板滑動位移清理太陽能電池板的上表面。

除塵組件包括刮板和連接板，刮板觸點設(shè)置在太陽能電池板的頂面上，且刮板的一端通過連接板固定設(shè)置在滑動門板上。

防護殼體內(nèi)部還設(shè)置有驅(qū)動機構(gòu)，驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動滑動門板滑動；驅(qū)動機構(gòu)包括齒條、主動齒輪和驅(qū)動電機，齒條沿滑動門板的滑動方向設(shè)置在滑動門板的內(nèi)壁上，驅(qū)動電機設(shè)置防護殼體的內(nèi)壁上，小齒輪置于驅(qū)動電機的輸出端，小齒輪與齒條嚙合。驅(qū)動機構(gòu)的作用是用來產(chǎn)生和傳遞驅(qū)動滑動門板的力。

滑動門板閉合在操作口的狀態(tài)下，主動齒輪位于齒條的一端，保護殼的側(cè)壁上遠離驅(qū)動齒輪在滑動方向上設(shè)置有限制板，限位板限位滑動門板的閉合行程終點。

工作窗的上、下邊壁沿滑動方向設(shè)有導槽，滑動門板的上、下端可滑動地位于導槽上。

防護殼體上貫通開設(shè)有若干散熱孔。有益效果：本設(shè)計新型通過在充電樁外部增加防護殼體，有效的減少了灰塵的附著以及雨水的銹蝕，保證了充電樁的安全使用和使用壽命，也減少了維修的工作量，在充電時，將滑動門板打開，在不充電時將其閉合，非常便捷，并且推拉門面板驅(qū)動機構(gòu)采用太陽能供電，并且除塵組件跟隨滑動門板滑動位移清理太陽能電池板的上表面，能夠充分的保證太陽能電池板的電轉(zhuǎn)化效率。

圖1為本設(shè)計新型的整體結(jié)構(gòu)的立體示意圖；圖2為本設(shè)計新型的滑動門板打開狀態(tài)下的立體示意圖；圖3為本設(shè)計新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)俯視圖。

2.2 具體實施方式

本論文設(shè)計的一種防塵防銹的新能源汽車充電樁詳細說明如下：，包括充電樁本體10和設(shè)置在充電樁本體10外部的防護殼體1，防護殼體1上貫通開設(shè)有若干散熱孔16，通過在充電樁外部增加防護殼體，有效的減少了灰塵的附著以及雨水的銹蝕，保證了充電樁的安全使用和使用壽命，也減少了維修的工作量。

防護殼體1的頂板7的上方設(shè)置有太陽能電池板3，防護殼體1上對應于充電樁本體1的前側(cè)面開設(shè)有操作口11，操作口11內(nèi)在充電樁本體10的左右方向上滑動設(shè)置有滑動門板2，滑動門板2打開或封閉操作口11，在充電時，將滑動門板2打開，同時操作口11也用于散熱，在不充電時將滑動門板2閉合，防止灰塵以及雨水等進入到充電樁本體10內(nèi)，非常便捷且安全性能更強。操作口11的上下緣壁上均沿滑動方向開設(shè)有導向滑槽6，滑動門板2的上下兩端對應滑動設(shè)置在導向滑槽6內(nèi)。

太陽能電池板3的上表面設(shè)置有除塵組件，且除塵組件同步設(shè)置在滑動門板2上，除塵組件跟隨滑動門板2滑動位移清理太陽能電池板3的上表面。通過每次的開合滑動門板2，均能對太陽能電池板3進行清理，去除上表面的灰塵或積雪等，能夠充分的保證太陽能電池板的電轉(zhuǎn)化效率。

除塵組件包括刮板4和連接板5，刮板4接觸設(shè)置在太陽能電池板3的上表面上，且刮板4的一端通過連接板5固定設(shè)置在滑動門板2上，且另一端為自由端，刮板4朝向太陽能電池板3的一側(cè)設(shè)置有刷毛，以去除太陽能電池板上的灰塵和積雪等。太陽能電池板3位于刮板4的位移路徑內(nèi)，以保證刮板4能夠完全的將灰塵等從太陽能電池板3上清除。

如附圖3所示，防護殼體1內(nèi)部還設(shè)置有驅(qū)動機構(gòu)，驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動滑動門板2滑動，通過驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動滑動門板2，能夠使得滑動門板2的打開或閉合更省力，且還能夠防止在未充電狀態(tài)時，滑動門板意外打開。驅(qū)動機構(gòu)包括齒條13、主動齒輪12和驅(qū)動電機8，齒條13沿滑動門板2的滑動方向設(shè)置在滑動門板2的內(nèi)壁上，驅(qū)動電機8設(shè)置防護殼體1的內(nèi)壁上，主動齒輪12通過減速其9設(shè)置在驅(qū)動電機8的動力輸出端，且主動齒輪12與齒條13嚙合設(shè)置。

滑動門板2閉合在操作口11的狀態(tài)下，主動齒輪12位于齒條13的一端，防護殼體1在滑動方向上遠離于主動齒輪12的側(cè)壁上設(shè)置有限位板19，限位板19限位滑動門板2的閉合行程終點。

防護殼體1內(nèi)在滑動方向上遠離于主動齒輪12的一側(cè)壁上、以及相鄰于主動齒輪12的一側(cè)壁上均設(shè)置有行程開關(guān)18，滑動門板2的內(nèi)壁上對應形成開關(guān)設(shè)置有接觸桿17，當接觸桿抵接行程開關(guān)18時，滑動門板位移結(jié)束。在防護殼體1內(nèi)還設(shè)置有蓄電池14和控制器，蓄電池14通過太陽能電池板3儲電，控制器控制驅(qū)動電機8的啟停動作，在防護殼體1外部還設(shè)有開關(guān)門的啟動開關(guān)15。

以上僅是本設(shè)計新型的優(yōu)選實施方式，應當指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本設(shè)計新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本設(shè)計新型的保護范圍。

綜上是本論文設(shè)計的一些較為新穎的地方。應該注意到的是可以進行一些改進和修改。 這些改進和修改也應被視為新設(shè)計的保護領(lǐng)域。

3 結(jié)語

為了能夠更好的實現(xiàn)對汽車尾氣排放問題的改善,越來越多的國家開始紛紛加大了對電動汽車的全面推廣，為在電動汽車逐漸普及的當下，對其相關(guān)配套設(shè)施進行完善也非常有必要。交流充電樁為其中重要的一部分，需發(fā)展電動汽車必須大力發(fā)展建設(shè)充電樁。設(shè)計了一款穩(wěn)定、可靠、安全、實用的電動汽車智能充電樁外殼，將提高新能源汽車充電樁的技術(shù)水平和實用化水平，對新能源汽車充電行業(yè)的發(fā)展具有重要的意義