作者：魏德米勒電聯(lián)接（上海）有限公司，閆方波 亞太區(qū)事業(yè)部總監(jiān)

1.前言

　　新能源汽車作為新能源和汽車的共同發(fā)展愿景，在能源汽車技術路線圖中指出，2020年新能源汽車銷量超過汽車總銷量的7%，2025年超過15%，2030年超過40%。在 2015 年《電動汽車充電基礎設施發(fā)展指南（2015-2020）》 中明確提出到 2020 年，新增集中式充換電站超過 1.2 萬座，分散式充電樁超過 480 萬個， 以滿足全國 500 萬輛電動汽車充電需求。2017年，根據(jù)國家能源局的指導意見，計劃年內(nèi)建成充電樁90萬個：其中，公共充電樁10萬個，私人充電樁80萬個。

　　充電槍作為電動汽車充電連接器，是連接充電樁等充電設施與電動汽車的“橋梁”，同時在充電的時候也連捆綁著使用者的安全；品質(zhì)的好壞直接影響了充電性能及安全性。因此，充電槍是至關重要的，甚至可以代表著電動汽車充電技術的優(yōu)劣！

　　2015年12月28日國家發(fā)布了新版電動汽車充電槍及通信協(xié)議的標準，其中新國標直流充電槍增加了：電止鎖、R4電阻、溫度傳感器以及線徑的調(diào)整等要求。由于直流充電槍都是大電流高電壓，電流一般大于100A，電壓一般為750/1000V；且電動汽車的充電場所多為戶外，如戶外的停車場。其次，在實際使用中操作者不一定是專業(yè)人員。這些特性決定了直流充電槍需要高安全性和高適用性。

2.大好形勢下的“隱憂”

　　從2013年以來，尤其是最近幾年，大批國內(nèi)外企業(yè)紛紛進入充電樁和充電槍行業(yè)，僅充電槍生產(chǎn)制造企業(yè)就過百家之多。同時，2015年新國標的制定與實施，統(tǒng)一了國標與歐標在充電接口上的要求，解決了樁車互聯(lián)互通的障礙，也極大的促進了充電槍企業(yè)快速發(fā)展。

　　由于大量新企業(yè)進入充電樁的生產(chǎn)、運營和服務領域，針對充電槍的質(zhì)量、設計和可靠性等方面缺乏相應的規(guī)定和管理；導致在這一“朝陽”下，市場上的隱憂若隱若現(xiàn)：質(zhì)量良莠不齊，外觀大小不一，可靠性與安全性大相徑庭，導致大批充電樁企業(yè)難以分辨、無從選擇。再加上最低價中標和市場定價的混亂，有時甚至會出現(xiàn)低價劣質(zhì)、高價劣質(zhì)、“劣幣驅逐良幣”的現(xiàn)象。造成大量的安全隱患！

2.1 安全第一

　　充電槍尤其是直流充電槍作為大電流高電壓元器件，作為電動汽車與充電樁之間的連接部件，其安全性是最為重要的，不僅僅關系到設備的安全，而且更加關系到人員的安全。設備的安全是要確保在充電槍的運行過程中，產(chǎn)生充電槍本身的損傷、充電樁的損傷、以及相連電動汽車的損傷，甚至是整個充電站的損失。經(jīng)常見諸報端的是這個充電槍失火了，那個充電樁因為充電槍漏電燃燒了，還有一些是直接引燃了電動汽車，都造成不小的損失。人身的安全更加重要，要確保在充電樁運行整個過程中，凡是有人員操作的過程中，要確保人員的安全、避免遭受到意外漏電和電擊。         

2.2長期可靠性

　　充電槍是長期使用部件，尤其是在實際使用工況條件下，通常處于戶外陽光直射，雨水侵襲，裸漏污染，車輛碾壓，撞擊沖擊的狀態(tài)。對于充電強在長期運行條件下的性能提出了很高的要求。尤其是現(xiàn)場充電人員的使用習慣不同，經(jīng)常出現(xiàn)不正確的充電方式和充完電不復位的情況，使充電槍的接口部分直接暴露于自然環(huán)境，進一步增加了充電槍在實際使用過程中的風險，故障率大幅增加。

2.3 價格亂象

　　在前期低價中標，要求不明確的背景下，充電槍價格時常偏離正常合理的水平，往往帶來劣質(zhì)產(chǎn)品中標，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品出局，最終損害充電樁生產(chǎn)企業(yè)，充電運營商和使用者的切身利益與安全。因此，一個合理的市場價格體系，透明統(tǒng)一的技術要求和認證，是對這一產(chǎn)品最有效的發(fā)展良方。

　　而要確保安全、可靠性和抑制價格亂象，則需要在產(chǎn)品的設計、選材和工藝三個方面著手，以優(yōu)良的設計、精心的選材、嚴格的工藝要求來保證產(chǎn)品的安全特性，同時為充電槍質(zhì)量的正確評定 而打下基礎。

3.針對充電槍產(chǎn)品特性的優(yōu)化與設計

　　充電槍包括了智能連接器和充電電纜兩大部分，涉及機械、電子、通訊、材料、電氣、人機工程等多學科的知識，涵蓋了成型、注塑、機械、電子、裝配和測試等工藝，是一個高度集成的產(chǎn)品。

3.1充電槍技術要求的更新

　　2015年12月，中國發(fā)布新的充電槍國家標準，統(tǒng)一了充電接口，并增加了新的要求，具體如下：

GB/T 20234.1-2015《電動汽車傳導充電用連接裝置  第1部分：通用要求 》2.2 GB/T 20234.3-2015《電動汽車傳導充電用連接裝置  第3部分：直流充電接口 》

3.2直流充電槍設計分析：

3.2.1直流充電槍電子鎖設計：

　　新版國標對直流充電槍的鎖止裝置明確規(guī)定“對于直流充電的車輛接口，應在車輛插頭上安裝電子鎖止裝置，防止車輛接口帶載分斷。”因此，電子鎖止裝置是直流充電槍的安全保證。而可靠的電子鎖止裝置又是從設計之初就確定的。

電子鎖可以保證充電插頭插入充電插座到位后進行充電；電子鎖可以保證充電時插頭有效、可靠的處于插座中；電子鎖可以保證充電付費后，充電插頭方可從充電插座取出。

　　直流充電槍的電子鎖，不同于傳統(tǒng)行業(yè)的電子鎖。在性能方面要求可偵測性，高可靠性和高適用性；在結構方面要求空間尺寸小，低功耗，和充電插座無縫對接，易安裝和易維護等。結合電網(wǎng)客戶和車廠客戶的實際需求，需要通過各種方式來滿足充電接口電子鎖的各種要求。

　　針對現(xiàn)有技術的不足，我們提出了一種全新的電機鎖止裝置的設計方案，以克服現(xiàn)有技術的不足。該技術方案包括：殼體、設置于所述殼體內(nèi)的齒條、齒輪、頂桿和驅動機構，所述齒條與所述齒輪相互嚙合，且所述齒條固設于所述頂桿上，所述驅動機構與所述齒輪連接，用于驅動所述齒輪轉動，所述殼體上設置有用于允許所述頂桿的兩端自由伸進和伸出的開口。如下圖所示：

　　在使用新的電機鎖緊裝置之后，經(jīng)過長壽命測試，其可靠性比目前的解決方案有顯著提高，而且具有低功耗、小尺寸的優(yōu)勢。

3.2.2直流充電槍尾部結構設計：

　　目前直流充電槍的尾部結構設計：一般采用鋅合金壓片和TPU線纜尾套來固定、密封電纜；如下圖所示：

　　但在長期使用中，發(fā)現(xiàn)充電槍尾部的線纜壓片的力度不夠，壓不住電纜，導致電纜松動；且在充電槍工作時，由于電纜溫度升高，質(zhì)地變軟，也易造成電纜松動，從而導致密封尾部電纜破損、密封失效等。

　　在電纜運行過程中個，不僅由于電纜的呼吸特性，而且隨著環(huán)境溫度的變化，電纜的外形尺寸都會有變化，從而導致密封效果的下降甚至是失效。所以，一個有效的密封結是保證充電槍長期可靠性和壽命的關鍵。

　　針對現(xiàn)有尾部電纜密封容易失效的問題，我們提出了一種全新的一體式雙O型密封圈結構的電纜密封裝置的設計方案。

　　密封件外表面設置有雙凹槽,且與雙凹槽對應的內(nèi)表面上設有雙凸筋；所述壓緊螺帽為倒U型；當鎖緊時，旋轉壓緊螺帽，同時壓緊螺帽與壓緊環(huán)頂部接觸，并壓縮密封件，密封件受壓后導致雙凹槽壓縮變形,使雙凸筋抱緊電纜。

　　針對尾部電纜易松脫的問題，我們也開發(fā)了一種快速鎖緊、限位并防松的電纜引入裝置結構:

3.2.3直流充電槍外觀設計及材料選擇：

　　目前市面上的直流充電槍，產(chǎn)品外觀設計大同小異，相互模仿，眼前一亮的創(chuàng)意幾乎沒有。加工工藝，千遍一律用單色注塑，成本低，產(chǎn)品單一，難以滿足高標準客戶和用戶。

　　直流充電槍因為線徑較粗，線徑較大，通常會單獨做出一個把手。這和手持工具類產(chǎn)品相似；都涉及到人手抓握這一特點。其在使用的時候需要使用者發(fā)力來控制；所以人手抓握的地方多會做一些防滑處理，一眼看去強度就比較高。而且把手的舒適性和角度也會影響使用者手持的體驗感受。這些特性在前期的工業(yè)設計中都需要考慮。

　　產(chǎn)品設計色彩運用，充電槍顏色搭配，有色系占主導，視覺沖擊力強；對于工具類產(chǎn)品設計，中性色穩(wěn)重耐看更適合充電槍。

3.2.4外觀設計核心要素：

　　汽車直流充電槍在符合人體工程學的基礎上主要以直線和曲線結合型為主。在今后的設計中可以多學習手持類相關產(chǎn)品來進行設計，做到美觀簡潔時尚大氣，又符合人機要求，另外還可以查詢每年的流行色進行產(chǎn)品的合理配色，使產(chǎn)品更加符合消費者的審美需求。

　　該外觀設計在充分考慮了人機工程學的基礎上，以流動的線條感為依托，幻化出這款曲線感很強的充電槍，貫穿整個槍身的美工線是該產(chǎn)品的點睛之筆，使產(chǎn)品更加生動；美工線和整個槍身造型相呼應，使產(chǎn)品層次分明。

　　材料采用塑膠、金屬相結合，加工工藝上有原色注塑、表面細紋、電鍍、絲印等。通過簡單的工藝與材料的融合設計，使得產(chǎn)品更加易用、成熟，更具可靠性和專業(yè)水平。同時，使產(chǎn)品更具科技氣息。

　　該外觀設計的靈感來源是大黃蜂，它是山澗林野的小霸主，充滿了野性和速度感。這款充電槍整體用了曲線的設計原理，但是流線中又有強硬的棱線，剛柔并濟，使產(chǎn)品更加生動。手持部分做了防滑處理，更適合抓握，按鍵處做了盲點處理，提升了用戶體驗。

4.結束語

　　該新型智能直流充電槍在技術與安全性上處于行業(yè)內(nèi)領先水平，既便與特斯拉的智能充電槍相比，也具有如下優(yōu)勢：

　　其一，內(nèi)置溫度傳感器可以時時感知充電過程中的溫度并發(fā)出時時狀態(tài)，供充電樁做出相應的反應，調(diào)整充電狀態(tài)。

　　其二，其獨特的閉鎖機構可以大幅提高使用時的安全性，確保使用者在現(xiàn)場應用時的人身安全。

　　其三，從材料上也突出其安全性、耐高溫、耐候性等特點，使之成為全天候的充電連接器。符合國內(nèi)從南到北，從西部高原到東部沿海的各種溫度、海拔環(huán)境下的應用。

　　其四，該充電槍是依據(jù)新國標的要求設計開發(fā)和生產(chǎn)制造的，其測試也是依據(jù)新國標進行，可以保證在各種符合新國標的充電樁的有效高效使用。

　　其五，該充電槍的額定電流和額定電壓均高于特斯拉充電槍的技術標準，可以預見，該充電槍完全可以替代特斯拉自有充電槍，使特斯拉電動汽車更加適用于中國市場。

　　其六，其獨特的外形設計符合人體工學的要求，給使用者帶來舒適的使用感受。

　　總之，該新型智能直流充電槍可以適配包括特斯拉電動汽車在內(nèi)的各型電動汽車，為電動汽車廠商、充電樁廠商和運營商提供質(zhì)量可靠、經(jīng)濟的充電連接解決方案，更可為電動汽車使用者帶來安全、高效便捷的體驗。

　　同時，隨著電動汽車的廣泛應用和充電樁的廣泛建設，對于能源節(jié)約和環(huán)境保護是顯而易見的。

　　在能耗方面：經(jīng)過有效測算，一臺較燃油汽車重量重的電動汽車，行駛一百公里的能耗是燃油汽車的52.2%。在環(huán)境保護方面：電動汽車從全壽命周期來評估更為清潔：在行駛里程相同的條件下，電動汽車溫室氣體排放比同等汽油車減少80%以上；制造過程的排放減少20%以上；因此總計減少50%左右。尤其隨著國內(nèi)新能源在一次發(fā)電比重的上升和電池回收技術的突破，未來在制造環(huán)節(jié)和電池回收環(huán)節(jié)的排放將進一步減少，必將使得電動汽車溫室氣體排放量在其全案壽命周期內(nèi)更低，保守估計比同等汽油車排放減少70~80%。目前中國車輛保有量大約在2億輛車普及和技術的更新，越來越多的，隨著電動汽車的大幅度推廣，其節(jié)能環(huán)保的效益會更加突出與明顯。“綠水青山也是金山銀山”也必將實現(xiàn)。 

　　從國際上來看：德國在2030年，荷蘭、挪威在2025年，法國、英國在2040年都將取消化石能源車輛的銷售，取而代之的是新能源車輛，尤其是電動車輛。中國也在積極研究在2040年前后采取相同措施。

　　總之：該智能直流充電槍的廣泛應用對于提升行業(yè)標準、提質(zhì)升級、安全可靠運行具有積極的推動作用；對于國際領先新能源汽車制造企業(yè)和國內(nèi)標桿汽車制造企業(yè)將本增效、提質(zhì)將本、優(yōu)化服務具有積極的帶動意義；對于促進并保持中國新能源汽車在全球的技術領先具有積極的貢獻；對于社會所關注的節(jié)能環(huán)保具有實際的帶動價值。

　　在該智能充電槍未來的發(fā)展路徑中，將繼續(xù)在保持充電槍基本功能的同時，積極拓展其作為智能物聯(lián)網(wǎng)關鍵節(jié)點的新功能、新特色。不斷推出智能型、輕量化、高可靠、耐候性的高品質(zhì)長壽命電動汽車充電槍。為企業(yè)、行業(yè)、人民、社會和環(huán)保等各利益攸關方繼續(xù)新的貢獻！