Ég stóð í prófunarklefa fyrir nokkrum árum og horfði á hleðslubyssuinnstunguna verða sprengdir með háþrýstivatnsstrókum frá öllum hugsanlegum sjónarhornum. Hitastigið var á milli frostmarks og 40 gráður og rakastigið var 95%. Eftir 72 klukkustundir opnuðum við húsnæðið. Einn dropi af vatni inni hefði þýtt bilun. Það próf kenndi mér eitthvað sem virðist augljóst en gleymist stöðugt: hleðslutengi fyrir rafbíla er ekki bara plast- og málmur. Þetta er innsiglað kerfi sem býr í einu fjandsamlegasta umhverfi sem allir bílaíhlutir standa frammi fyrir.
Þar sem rafbílar hafa færst frá forvitni-aðeiganda yfir í almennar samgöngur hafa innviðirnir í kringum þá þurft að þroskast hratt. Hleðslubyssuinnstungur-þessi viðmót þar sem hleðslutengi mætir farartækinu eða stallinum-eyða öllu lífi sínu utandyra. Rigning, snjór, vegasalt, rykstormar, bein útsetning fyrir útfjólubláum útfjólubláum og hitasveiflur frá undir-núlluvetrum til steikjandi sumargangstéttar eru bara hluti af starfslýsingunni. Og ólíkt hurðarhandfangi eða klippingu, ef vatn kemst inn í hleðslutengil, eru afleiðingarnar ekki snyrtilegar. Þau eru rafmagns. Þau eru öryggis-mikilvæg.
Af hverju IP67 er grunnlínan, ekki markmiðið
Ef þú þekkir ekki innstreymisvarnareinkunn þýðir IP67 fullkomin rykþéttni (-þunglyndið "6") og getu til að standast tímabundið niðurdýfingu í allt að eins metra dýpi í 30 mínútur ("7"). Fyrir hleðslubyssuinnstunguna sem er fest á hlið ökutækis eða afhjúpuð á almennum hleðslustalli er það ekki of-verkfræði. Það er lágmarks raunhæfur sérstakur.
Ég hef séð innstungur sem eru metnar fyrir IP65 bila við raunverulegar-aðstæður. IP65 meðhöndlar ryk og vatnsstróka, en það tekur ekki tillit til hvers konar viðvarandi vatnsútsetningar sem á sér stað þegar ökutæki er lagt á bílastæði með flóðum eða þegar snjóbræðslur eru í kringum botn hleðslustöðvar í marga klukkutíma. IP67 gefur þér öryggisbil. Í mörgum af þeim hönnunum sem ég hef unnið að, erum við í raun að hanna í átt að IP68-samfelldri kafþol - vegna þess að aðstæður á vettvangi eru alltaf verri en aðstæður á rannsóknarstofu.
En hér er verkfræðiáskorunin sem heldur mér vakandi á nóttunni: þú getur ekki bara innsiglað hleðsluinnstunguna loftþétt og hringt í það.
Loftræstingarþverstæðan-Af hverju vatnsheldar innstungur þurfa enn að anda
Þetta er sá hluti sem kemur mörgum á óvart. Ef vatn er óvinurinn, af hverju myndirðu vísvitandi setja gat á girðinguna? Svarið er þrýstingsmunur.
Hleðslupinnainnstungur mynda hita meðan á notkun stendur. Straumur sem flæðir í gegnum tengiliði skapar viðnámshitun. Þegar sólin slær niður á svartan hleðslustall getur innra hitastig farið verulega yfir umhverfið. Þegar sólin sest eða rigning skellur á kólnar það húsnæði hratt. Án þess að hægt sé að jafna þrýsting, býrðu til lofttæmi að hluta inni í lokuðu girðingunni.
Það tómarúm stressar ekki bara selin. Það dregur raka á virkan hátt inn í gegnum hvert smásæ skarð, þéttingarviðmót og kapalinngang. Ég hef sundurgreint misheppnaða "lokaða" girðinga sem höfðu engar sjáanlegar skemmdir en voru fullar af þéttingu. Rakinn barst ekki inn sem fljótandi vatn. Það kom inn sem raki, dreginn inn með þrýstingshringrás og þéttist síðan á köldu innri yfirborði. Þegar það gerist byrjar tæring á pinnunum þínum, PCB sporunum þínum og skynjarahlutunum þínum.
Lausnin er gagnsæ: þú þarft loftræstingu. En ekki bara hvaða vent. Þú þarft loftop sem gerir loftsameindum kleift að fara í gegnum óhindrað á meðan það lokar fljótandi vatni og aðskotaefnum algjörlega.
Hvernig vatnsheldar öndunarhimnur virka í raun
Tæknin sem gerir þetta mögulegt byggist á stækkuðum pólýtetraflúoróetýleni (ePTFE) himnum-efnum með ör-gljúpri uppbyggingu þar sem svitaholurnar eru nógu stórar til að loft- og gufusameindir fari í gegnum, en nógu litlar til að loka fyrir vatnsdropa vegna yfirborðsspennuáhrifa. Það er sama grundvallarreglan sem gerir Gore-Tex efni vatnsheldur en andar samt sem áður notað á verndun iðnaðarhluta.
Í hleðslubyssuinnstungunni eru þessar himnur venjulega settar upp á stefnumótandi stöðum -oft yfir sérstökum loftopum í húsinu-til að vernda rafeindahluta kjarna en leyfa þrýstingsjöfnun. Himnan þarf að vinna mörg störf samtímis:
Þrýstijafnvægi:Hröð jöfnun á innri og ytri þrýstingi við hitauppstreymi
Vökvahindrun:Hindrar beina innkomu vatns jafnvel við tímabundna dýfingu
Agna síun:Koma í veg fyrir að ryk og rusl komist inn í og slípi innri tengiliði
Efnaþol:Þolir útsetningu fyrir bílavökva, hreinsiefnum og ósoni
Hitastjórnun:Leyfa hitaleiðni í gegnum loftstreymi með loftræstingu frekar en að fanga það í lokuðum kassa
Að fá alla þessa eiginleika í einum íhlut krefst nákvæmrar stjórnunar á himnuholastærð, þykkt og vatnsfælin meðhöndlun. Ekki allir
„vatnsheldir loftopar“ á markaðnum eru búnar til jafnir og ég hef lært í gegnum sársaukafullar sviðsbilanir að það að skera úr um gæði loftopa er falskt hagkerfi.
Tilgangur-Smíðuð lausn fyrir erfiðar aðstæður
Í verkefnunum sem ég hef tekið þátt í hafa GL röð öndunarloftsíhlutir frá Goel Technology orðið að lausn- fyrir nákvæmlega þetta vandamál. Þetta eru ekki almennar vélbúnaðar-ventur í verslunum sem eru ætlaðar til notkunar í bíla. Þau eru sérstaklega hönnuð fyrir notkun þar sem krafist er IP67 eða IP68 verndar ásamt áreiðanlegri þrýstingsjöfnun.
GL röðin-þar á meðal gerðir eins og GL672, GL673, GL680, GL681 og GL682-býður upp á nokkra eiginleika sem skipta máli í raunverulegum rafbílahleðsluforritum:
IP67/IP68-flokkuð vörn:Þessar loftop halda þéttingu sinni jafnvel við erfiðar prófunaraðstæður sem OEM-framleiðendur bíla krefjast. Ég hef séð þá standast ekki bara stöðluðu dýfingarprófin, heldur einnig árásargjarnari hitaáfalls- og þrýstingshringprófunum- sem líkja eftir margra ára útsetningu úti í vikum.
Fjöl-aðgerðavörn:Fyrir utan að loka bara vatni, veita þeir rykþéttingu, olíuþol og tæringarvörn. Þetta skiptir máli vegna þess að hleðslumannvirki standa ekki bara frammi fyrir rigningu. Það stendur frammi fyrir háþrýstiþvottavélum við viðhald, úða á vegum í bland við -ísingarsölt og í sumum iðnaðarumhverfi, loftborin efnamengun.
Litavalkostir:Framboð á hvítum, gráum og svörtum hlífum virðist vera minniháttar smáatriði þar til þú ert að vinna með iðnhönnuðum sem þurfa að loftopin sé sjónræn aðlagast girðingunni. Ég hef verið með verkefni þar sem skærhvít loftop á mattsvörtum hleðslustalli var óviðunandi frá fagurfræðilegu sjónarmiði. Að hafa litasveigjanleika útilokar þann núning.
Samþætt smíði:Íhlutirnir í GL röðinni eru hannaðir sem sjálfstæðar-einingar sem hægt er að festa beint í innstunguhúsið. Þetta einfaldar samsetningu og dregur úr fjölda hugsanlegra lekaleiða samanborið við sérsniðnar himnuuppsetningar þar sem þú ert að tengja hráfilmuefni við plastport.
Þar sem þessar loftop birtast í hinum raunverulega heimi
Á meðan ég einbeiti mér að rafhleðslupinnainnstungum hér, er sama þrýstijafnvægisáskorunin fyrir hendi í tugum bíla- og iðnaðarforrita. Ég hef tilgreint svipaðar útblásturslausnir fyrir:
EV framljós og afturljós:LED samsetningar framleiða verulegan hita og krefjast þéttingarstjórnunar
Bílastæðisskynjarar og mmWave ratsjáreiningar: Þessir eru festir á útsettustu stöðum á ökutæki-á bak við stuðara sem taka við beinni úða á vegum
Rafmótorar og dælur:Varmahjólreiðar í -hreyflaumhverfi skapa mikinn þrýstingsmun
Hleðslupallar utandyra: Hlífarnar fyrir 2. stigs og DC hraðhleðslubúnað- standa frammi fyrir sömu áskorunum og innstungur fyrir ökutæki-, oft í stærri skala
Rafeindastýringareiningar:Sérhver innsigluð kassi með PCB inni þarf að lokum að anda
Tæknin hefur einnig flust yfir í aðra en-bifreiðageira. Ég hef séð jafngildar öndunarlausnir notaðar í öryggismyndavélar utandyra, ófrjósemisaðgerðir og hágæða tæki þar sem innri þétting myndi skemma rafeindatækni. Undirliggjandi eðlisfræði-hiti, kæling, þrýstingur og raki-er alhliða.
Það sem ég hef lært af vettvangsbresti
Ef það er eitt ráð sem ég myndi gefa verkfræðingum sem hanna fyrstu rafhleðsluna sínapinna fals, það er þetta: prófaðu loftræstingu við raunhæfar aðstæður, ekki bara með úðaflösku á rannsóknarstofunni.
Ég hef séð hönnun sem stóðst IP67 niðurdýfingarpróf misheppnast á vettvangi vegna þess að loftloftshimnan varð óhrein af ryki með tímanum, sem minnkaði öndun þess og olli því að hlífin dregur lofttæmi við hraða kælingu. Ég hef séð innsetningar þar sem loftopið var komið fyrir á stað sem leyfði standandi vatni að safnast saman við það í marga daga, að lokum sigrast á yfirborðsspennu himnunnar með langvarandi snertingu.
GL seríurnar taka á sumum af þessum áhyggjum með oleofobic og vatnsfælin húðun, sem hjálpar til við að losa sig við mengunarefni og viðhalda loftflæði með tímanum. En rétt uppsetningarstaður skiptir samt máli. Þú vilt að loftopið sé staðsett þar sem vatn rennur í burtu náttúrulega, ekki safnast saman. Þú vilt að það sé varið fyrir beinum-háþrýstingsúða ef mögulegt er, eða að minnsta kosti metið til að höndla það. Og þú þarft að huga að stefnunni-sumar loftopum virka betur þegar þær eru settar upp lóðrétt frekar en lárétt, allt eftir sérstökum þrýstingsmun og flæðiskröfum.
Stærri myndin: Hleðsluinnviðir þurfa að endast
Eftir því sem rafbílavæðingin er hröð á heimsvísu, færist hleðsluinnviðir frá uppsetningu flugmanna yfir í varanlegar innréttingar í þéttbýli. Hleðsluinnstunga sem sett er upp í dag þarf að vera áreiðanleg í tíu til fimmtán ár, í gegnum þúsundir pörunarlota, árstíðabundin hitastig og hvaða veðurmynstur sem loftslagsbreytingar valda henni.
Þessi langlífskrafa breytir því hvernig við hugsum um val íhluta. Lofthimna sem virkar í tvö ár er ekki nógu góð. Innsigli sem heldur mýkt sinni í fimm hitalotur á dag, 365 daga á ári, í áratug-það er hið raunverulega verkfræðilega markmið. Það gengur út á yfir 18.000 þrýstings-jöfnunarviðburði. Efnin geta ekki brotnað niður. Himnan getur ekki stíflað. Húsnæðið má ekki þreytast.
Þess vegna legg ég áherslu á að vinna með birgjum sem skilja hæfniskröfur fyrir bíla. Reynsla Goel Technology í GL röð forrita-sem nær yfir lýsingu, skynjara, hleðslumannvirki og aflrásaríhluti-þýðir að þeir hafa nú þegar leyst mörg vandamálin sem hleðsluinnstunguhönnuður er líklegur til að lenda í. Sú þekking stofnana skilar sér í færri endurtekningar frumgerða, hraðari staðfestingu og minni áhættu þegar hönnunin færist yfir í fjöldaframleiðslu.
Lokahugsanir
Vatnsheld EVhleðslupinna falshljómar eins og einfalt þéttingarvandamál þar til þú reynir í raun að leysa það. Um leið og þú innsiglar kassann skaparðu þrýstings-stjórnunarvandamál. Um leið og þú bætir við loftræstingu til að leysa þrýstingsvandamálið, skaparðu hugsanlega lekaleið. Að jafna þessar samkeppniskröfur er þar sem raunveruleg verkfræði býr.
IP67 er ekki bara tala til að setja á gagnablað. Það er staðfesting á því að innstungan geti lifað af-flóðum bílastæðum í raunheimum, þrýstings-viðhaldsstarfsmönnum, frostrigningu og rykstormum í eyðimörkinni. Og til að ná þeirri staðfestingu þarf að hugsa heildstætt um hönnun girðingarinnar, loftræstingarstefnuna og -langtíma efnishegðun.
Næst þegar þú tengir rafbíl við hleðslustöð í rigningu, veistu að ótrúlega mikil verkfræði fór í að tryggja að samskipti séu örugg. Sýnilegur hluti er hleðslusnúran og tengið. Ósýnilegi hlutinn-þrýstingsjöfnunin, himnuefnafræðin, innsiglishönnunin-er það sem heldur því áfram að virka eftir þúsundir rigningardaga.
