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关于充电桩通风散热方案及安全防护设计

时间:2022-09-29 03:19:13 作者:im体育官方app下载 来源:IM体育官网app

  从2020年开始,充电桩行业进入了一个全新的发展阶段,伴随着国家新基建政策的落地,一个全新的充电桩时代正式开启。自今年新能源汽车及充电桩建设被列出国家新基建范畴中之后,充电桩建设掀起了新的热潮,充电桩行业将迎来黄金发展期。

  充电桩做为新能源汽车的一个必不可少的充电装置,充电桩的质量直接影响了充电的安全,性能稳定及安全可靠成为充电桩一个非常重要的指标。本文重点探讨一下关于充电桩通风散热的外壳防护设计的研究。充电桩内部最主要的功率模块是AD-CD电源模块,在工作运行时,此电源模块会产生大量的热量,这些热量需要进行有效的通风散热,若热量聚集堆积在机柜内部得不到有效散热,将会严重威胁到电源模块的运行,温度过高会烧毁电源模块,或者会因高温起火甚至发生爆炸的风险,故充电桩通风散热的研究成为充电桩厂商研发过程一个不容轻视的一个重中之重的环节。

  国内目前几乎所有的充电桩厂商,对充电桩的通风散热基本都是采取强制风冷的方式进行有效散热。在机柜内部安装若干个散热风扇进行往外排风,然后在充电桩机柜上开设通风百叶窗,比如左边进风,右边出风,形成强迫循环风,即机柜外部冷风进去,热风出来,将机柜内部的热量带到外部完成散热冷却。这种强迫风冷的散热方式,是目前充电桩最经济实惠的,技术最成熟的一种散热方案,所以充电桩厂商几乎都不约而同走上了相同的设计路线充电桩进风口和出风口的设计图)

  这种冷却散热方案本无什么争议的,但是目前具有非常大争议的是充电桩上的进风百叶窗和出风百叶窗的设计,为啥有争议呢?百叶窗随处可见,这个进风百叶本不应该成为一个关注的焦点,怎么就变成了各个充电桩厂商的研发工程师们关注的焦点呢?那是因为现在投放到市场的充电桩频频出现进雨、进水,进尘,从而发生了各种各样的故障,故障率太高,遭到运营商投诉不计其数,最终演变成很多投放到市场的充电桩都变成了一个摆设,没法正常使用。

  充电桩属于户外电力电子产品,应用场所几乎都是在户外,那么问题来了,这些充电桩的外壳防护怎么样?充电桩机柜外壳上开设了进风百叶和出风百叶,这些百叶窗的防护等级达到了多少?在户外刮风下雨的情况下,如何保证充电桩外壳不进雨水,不进沙尘?充电桩直接采用机柜做外壳,一打开机柜门板,里面直接就是的高压电源模块及各种带电的器件,机柜外壳的防护设计就尤其重要,雨水一旦进去就极容易发生短路或放电,严重威胁到充电桩的安全运行,所以充电桩外壳必须要做到绝对的防水防尘。

  充电桩外壳若是完全的密封设计,做到绝对的防水防尘,其实不难。但问题是,这样密封的设计,就会导致充电桩内部模块发热,后果不堪设想。那么,既要做到机柜外壳绝对的防水防尘又要通风散热,这样就非常不容易了。目前多数桩企为了通风,在机柜内部设置散热风扇不断的往外排风,机柜内外会形成了极大的大气压差,这样雨水和灰尘粉尘极容易就被吸进去。所以充电桩上这个百叶窗不是我们常见的普通百叶窗能满足得了的,决定了这个百叶窗不是个简单的百叶窗,而应该是一个高防护的通风过滤窗,其设计得非常讲究了,马虎不得。

  究竟该如何设计充电桩上这款通风过滤窗,这成为当下充电桩外壳防护设计的一个技术难点。如何突破这个技术难点,这是当下充电桩厂商的研发工程师们重点研究的方向。其实充电桩经过多年的发展,行业内对充电桩外壳防护设计已经形成严格的标准,行业标准是必须要达到IP54,IP54是充电桩外壳最低的门槛防护等级要求,更严格的要达到IP55或者IP65等级。目前投放到市场上的充电桩,其外壳防护等级都达到IP54了么?答案显然是否定的。国内的充电桩厂商大部分都没有达到这个IP54的防护等级的,就更别提IP55或者IP65了。

  或许会有人问,既然没有达到,怎么也敢投放市场呢?那是因为在今年之前,也就是说在国家没有将新能源汽车及充电桩列入新基建项目之前,充电桩市场并没有得到健康的发展,各个监管环节都没有得到有效的管控,所以乱象丛生,加之早前,基本上都是民间资本涌入充电桩运营服务,这些民间资本主要是通过建桩找政府拿地,所谓的快速的跑马圈地为目的,充电桩的安全防护问题并没有提到大众关注的一个热点上。另外,很多充电桩厂商也知道其充电桩防护等级不达标,没法保证在户外使用时绝对的防水防尘,所以在给运营商和用户推广时,都会习惯性的要求用户在建充电桩的时候,一定要同时建一个停车棚,充电桩安装在停车棚下方。很明显的了,意思就是充电桩不能直接放在户外使用,其上方应该要有个雨棚,不能让雨直接淋到,通过这样来保证其充电桩的安全运行。但内行人都明白,建个大大的停车棚,这无疑让运营商白白多花多少冤枉钱进去。如果充电桩的外壳防护等级达标,又何须额外投入建停车棚呢,停车棚理应可以直接取消的。

  随着今年国家新基建政策的出台,接下来充电桩的市场运营将由国家直接来运作,比如国家电网,南方电网直接介入市场,这个时候,对充电桩的市场规范及安全防护将会提到很高的门槛,如果接下来充电桩厂商还不去研究如何提升充电桩外壳安全防护等级,接下来恐怕连投标的资格都没有了。

  下面我们来探讨一下充电桩外壳的通风百叶窗该如何设计,让百叶窗成为保障充电桩安全稳定运行的一个重要部件。充电桩百叶窗必须满足如下技术要求:

  1、由于充电桩柜体体积小,内部空间有限,决定了百叶窗整体厚度要薄,不宜过厚;

  2、由于充电桩柜体用于安装百叶窗的外壁空间有限,决定了百叶窗面积不宜过大,百叶窗通风率要高,风阻要低,要有足够的进风量来满足散热需求;

  3、由于充电桩为民用品,外观要求极高,决定了百叶窗不能像常规的百叶外嵌安装,法兰不宜外露在机柜外则,用于固定百叶窗的螺钉更不能呈现在外部;

  4、由于充电桩为户外电力电子产品,百叶窗的防护等级必须要达到IP54及以上;

  5、由于充电桩不但需要防水,还需要防尘,决定了百叶窗必须有防尘过滤网,滤尘网还有做到方便后期拆卸更换维护;

  综合上述的技术要求,可以总结为百叶窗必须具备,高防护,高通风率,低风阻三大特点,还需要超薄,超精致,最后还需要方便拆卸维护。

  目前大部分的充电桩厂商的百叶窗均通过钣金制作工艺来实现,但是钣金工艺制作的百叶窗能完全满足上面的技术要求么?答案显然是非常有难度的,几乎很难实现。我们在探讨钣金工艺制作的百叶窗之前,我们首先阐述一个技术性问题,百叶窗的防护等级与通风率是一个相互矛盾的制约关系,成反比例存在。意即:防护等级越高,通风率就越低,反之,防护等级越低,通风率就越高。我们需要在两者之间寻求一个平衡点。

  1、要实现高防护等级的百叶窗,其叶片结构一定是比较复杂的结构,要通过多道折弯工艺来实现,成本会居高不下。另外,如型材类的异型结构,钣金折弯工艺根本就实现不了,跟成本多少已经是无关的了,而是生产工艺性质的问题;

  2、要实现高防护等级的百叶,百叶片的排布一定是环环相扣的,形成迷宫式,但是喷涂的时候,里面是喷不进去的,就会导致漏喷漏底,短时间内就会出现生锈,防腐问题无法解决。若要解决喷涂的问题,叶片只能结构设计简单一点,非环环相扣排布,但是这样的结构,通风率是高了,喷涂问题也解决了,但是百叶窗的防护等级却下降了,达不到预期目标。

  3、百叶窗厚度薄,决定了叶片很小,一个百叶窗的叶片数量会多达几十片甚至上百片,一片片往上焊接上去,焊接难度非常之大,叶片间距精度难以控制,通风率和风阻跟理论设计会出现较大的出入,焊接人工成本也会超乎想象。

  4、钣金制作工艺,没办法实现百叶窗和滤尘网进行一体化设计,形成模块化产品,滤尘网还得单独另外采购,通过螺钉及相应的结构件固定安装,不利于后期能快速拆卸更换维护。

  基于市场对充电桩外壳防护要求越来越高,又基于目前钣金工艺制作的通风百叶存在的种种弊端,我们应该跳出现有的思维去思考新的工艺方案,以寻求更加科学,更加安全,更加经济实惠的解决方案。目前国内专业研究充电桩专用通风过滤窗的厂商有没有呢?我想应该是有的,本文推荐一家在国内在这方面研究颇深的一家企业供大家参考。

  华创新风(广东)科技有限公司是国内最早研究充电桩安全防护的一家企业之一,其针对目前充电桩存在的痛点开发了一款充电桩专用的智护通风过滤窗,颠覆了传统的设计理念,大胆的创新设计,其研发的智护通风过滤窗有如下几大亮点:

  3、叶片M型结构,互字型排序,叶片通过塑料卡件固定,无需焊接,无需任何螺钉;

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