充電樁殼體在鈑金結(jié)構(gòu)中的防腐蝕設(shè)計(jì)

近年來(lái)，國(guó)家一直大力支持新能源汽車行業(yè)發(fā)展，與之對(duì)應(yīng)的充電設(shè)施的完備性和推廣是新能源汽車發(fā)展的一個(gè)重要保障。2015年10月，國(guó)家發(fā)改委印發(fā)的《電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015-2020)》中規(guī)劃，到2020年，我國(guó)將新增集中式充換電站超過(guò)1.2萬(wàn)座，分散式充電樁超過(guò)480萬(wàn)個(gè)，以滿足全國(guó)500萬(wàn)輛電動(dòng)車的充電需求。2016年4月，國(guó)家在《2016年能源工作指導(dǎo)意見》中指出，2016年計(jì)劃建設(shè)充電站2000多座，分散式公共充電樁10萬(wàn)個(gè)，私人專用充電樁86萬(wàn)個(gè)，各類充電設(shè)施總投資300億元?？梢姡磥?lái)五年，充電基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1500億元，間接拉動(dòng)2萬(wàn)億元的市場(chǎng)規(guī)模，到2020年要基本建成滿足超過(guò)500萬(wàn)輛電動(dòng)汽車充電需求的基礎(chǔ)設(shè)施體系。

??充電樁的使用環(huán)境遍布在全國(guó)各地，既要經(jīng)受風(fēng)雨、光照、高溫、低溫等極端惡劣的天氣，又要保證足夠的強(qiáng)度來(lái)保護(hù)內(nèi)部電氣元件不受外部沖撞作用的影響，同時(shí)又必須具備對(duì)應(yīng)的防火、阻燃、絕緣等性能來(lái)保證其用電安全。這就對(duì)充電樁殼體的環(huán)境可靠性造成了極大的挑戰(zhàn)。目前市面上主要有鈑金結(jié)構(gòu)的充電樁殼體和塑料結(jié)構(gòu)的充電樁殼體兩種。由于鈑金結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、耐燃、耐高溫、散熱好等特點(diǎn)，因此占據(jù)了絕大部分的市場(chǎng)。但是，由于鈑金結(jié)構(gòu)充電樁殼體材料主要是碳鋼薄鋼板，銹蝕現(xiàn)象普遍，不僅嚴(yán)重影響產(chǎn)品的外觀形象，更影響產(chǎn)品使用壽命及安全。因此，單純依靠傳統(tǒng)的鈑金噴涂加工工藝，難以滿足日益嚴(yán)格的充電樁產(chǎn)品環(huán)境可靠性需求，開展充電樁防腐蝕設(shè)計(jì)迫在眉睫。

??1充電樁技術(shù)要求

??充電樁按照充電方式分為交流充電樁與直流充電樁、交直流一體充電樁三種。直流充電樁一般安裝在高速公路，充電站等地;交流充電樁一般安裝在小區(qū)、停車場(chǎng)、道路停車位、高速公路服務(wù)區(qū)等位置。根據(jù)國(guó)網(wǎng)Q/GDW 485-2010標(biāo)準(zhǔn)的要求，充電樁樁體應(yīng)當(dāng)滿足以下技術(shù)條件。

??環(huán)境條件

??⑴工作環(huán)境溫度：-20℃～+50℃;

??⑵相對(duì)濕度：5%～95%;

??⑶海拔高度：≤2000m;

??⑷抗震能力：地面水平加速度0.3g;地面垂直加速度0.15g;設(shè)備應(yīng)能承受同時(shí)作用持續(xù)三個(gè)正弦波，并且安全系數(shù)大于1.67。

??耐環(huán)境要求

??⑴充電樁外殼防護(hù)等級(jí)應(yīng)達(dá)到：室內(nèi)IP32;室外IP54，并配置必要的防雨、防曬裝置;

??⑵三防(防潮濕，防霉變，防鹽霧)要求：保護(hù)充電機(jī)內(nèi)印刷線路板、接插件等電路應(yīng)進(jìn)行防潮濕、防霉變、防鹽霧處理，使充電機(jī)能在室外潮濕、含鹽霧的環(huán)境下正常運(yùn)行;

??⑶防銹(防氧化)保護(hù)：充電樁鐵質(zhì)外殼和暴露在外的鐵質(zhì)支架、零件應(yīng)采取雙層防銹措施，非鐵質(zhì)的金屬外殼也應(yīng)具有防氧化保護(hù)膜或進(jìn)行防氧化處理;

??⑷充電樁外殼應(yīng)當(dāng)能承受GB 7251.3-2005中8.2.10規(guī)定的耐沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)。

??2鈑金充電樁殼體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

??充電樁一般由充電樁樁體、充電插座、保護(hù)控制裝置、計(jì)量裝置、刷卡裝置、人機(jī)交互界面等組成，如圖1所示。

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??鈑金結(jié)構(gòu)充電樁樁體材質(zhì)采用低碳鋼板，厚度約為1.5mm，加工方式采用鈑金塔沖、折彎、焊接成形工藝。部分類型的充電樁考慮到戶外防護(hù)和隔熱的需求，采用雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。產(chǎn)品整體造型以長(zhǎng)方形為主，框架整體焊接，為了保證外觀的優(yōu)美，局部添加圓角曲面;為了保證充電樁整體強(qiáng)度，一般焊有加強(qiáng)筋或加強(qiáng)板;樁體外表面一般布置有面板指示燈、面板按鍵、充電接口及散熱孔等，后門或側(cè)面?zhèn)溆蟹辣I鎖，樁體通過(guò)地腳螺栓固定在安裝基座上。緊固件一般采用電鍍鋅或不銹鋼材質(zhì)。為了保證充電樁樁體具有一定耐腐蝕性，充電樁一般整體采用戶外粉末涂料噴涂或者戶外油漆來(lái)保證它的服役年限。常見的工藝路線如圖2所示。

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??3銹蝕產(chǎn)生原因分析

??采用傳統(tǒng)的防腐工藝路線處理的充電樁，按照預(yù)估壽命，本應(yīng)能夠滿足充電樁服役年限不少于8年的要求，實(shí)際卻不斷的收到客戶的反饋信息，發(fā)現(xiàn)充電樁在現(xiàn)場(chǎng)服役一年至兩年內(nèi)，都不同程度的發(fā)生了銹蝕，部分區(qū)域甚至發(fā)生了大片的涂層脫落、涂層褪色的現(xiàn)象，嚴(yán)重的影響了公司形象。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和走訪，我們對(duì)充電樁銹蝕的部位及原因進(jìn)行了針對(duì)性的分析。

??如下圖3，單純的依靠傳統(tǒng)的防腐工藝處理，無(wú)法滿足充電樁在實(shí)際服役過(guò)程中環(huán)境可靠性要求，必須采取綜合、全面、自上而下的防腐蝕設(shè)計(jì)，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量，滿足客戶要求。

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??圖3 充電樁銹蝕原因分析

??4鈑金結(jié)構(gòu)充電樁樁體防腐蝕設(shè)計(jì)

??結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

??⑴樁體結(jié)構(gòu)表面避免尖角設(shè)計(jì)。

??⑵頂蓋部位建議帶有5°以上坡度，防止頂部積水，造成滲水和腐蝕。

??⑶相對(duì)密封產(chǎn)品采用除濕器進(jìn)行除濕，防止凝露產(chǎn)生。對(duì)有散熱需求而開散熱孔產(chǎn)品宜采用濕度控制器+加熱器進(jìn)行除濕，防止凝露產(chǎn)生。

??⑷焊接充分考慮戶外環(huán)境，外部焊縫采用滿焊，如不能滿焊，未焊接到位處需進(jìn)行焊縫密封膠處理保證產(chǎn)品滿足IP54防水要求。

??⑸對(duì)于門板加強(qiáng)筋等密封焊接結(jié)構(gòu)，噴涂不能進(jìn)入密封結(jié)構(gòu)內(nèi)部，采用噴涂后組裝，或采用鍍鋅板焊接，或者焊接后電泳再噴涂等方式改進(jìn)設(shè)計(jì)。

??⑹焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)避免狹窄縫隙、噴槍不能進(jìn)入的狹小空間等情況。

??⑺散熱孔盡量采用組裝式設(shè)計(jì)，避免狹小的焊縫和夾層。

??⑻外購(gòu)鎖桿、鉸鏈等盡量采用304不銹鋼材質(zhì)，耐中性鹽霧時(shí)間GB 2423.17不小于96h。

??⑼銘牌固定方式改為防水抽芯鉚釘或背膠粘貼，需用螺釘固定時(shí)必須做防水處理。

??⑽所有緊固件的選用應(yīng)選擇鋅鎳合金鍍層或304不銹鋼處理，鋅鎳合金緊固件滿足中性鹽霧試驗(yàn)96h不出白銹，外露緊固件全部選用304不銹鋼材質(zhì)。

??⑾鋅鎳合金緊固件避免與不銹鋼材質(zhì)貼合使用。

??⑿充電樁安裝地腳孔需預(yù)先加工，不得放上充電樁后打孔。地面打孔后應(yīng)清除打孔后的地面灰塵再進(jìn)行安裝。充電樁底部進(jìn)線孔應(yīng)采用防火泥密封，防止地表水汽從進(jìn)線孔進(jìn)入樁體內(nèi)部。安裝后可在樁體與水泥安裝臺(tái)間涂抹硅酮密封膠，加強(qiáng)樁體底部密封。

??工藝設(shè)計(jì)

??從充電樁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)我們可以看出，大部分充電樁的結(jié)構(gòu)中都存在大量的焊縫、夾層、半封閉或封閉的結(jié)構(gòu)，這對(duì)充電樁的工藝設(shè)計(jì)造成了較大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的靜電噴粉工藝由于靜電屏蔽作用的存在，粉層無(wú)法在夾層、焊縫和空腔結(jié)構(gòu)中附著，造成了極大的腐蝕隱患。為了解決這個(gè)問(wèn)題，工藝人員提出了三種工藝設(shè)計(jì)方案：

??⑴雙層粉末涂層體系。底涂層：環(huán)氧重防腐粉末50μm;面粉：純聚酯耐候粉末50μm;總厚度：不小于100μm。

??⑵電泳底層+粉末涂層體系。底涂層：電泳20～30μm;面粉：純聚酯耐候粉末50μm;總厚度：不小于70μm。

??⑶浸涂+粉末噴涂體系。底涂層：水性環(huán)氧防腐底漆(浸涂)25～30μm;面粉：純聚酯耐候粉末50μm;總厚度：不小于80μm。

??5試驗(yàn)驗(yàn)證

??為了驗(yàn)證幾種涂層體系的耐鹽霧性能，我們加工了三臺(tái)采用不同涂層體系的充電樁，整機(jī)進(jìn)行了為期96h的中性鹽霧試驗(yàn)。圖4所示為試驗(yàn)用的充電樁。

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??圖4 試驗(yàn)用的充電樁

??下圖為樣機(jī)涂層體系

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??圖5 試驗(yàn)樣機(jī)涂層體系

??試驗(yàn)結(jié)果

??1號(hào)樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果見圖6，2號(hào)樣機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果見圖7。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，2號(hào)樣機(jī)在難以處理的夾層、焊縫、散熱孔位置的耐鹽霧性能明顯優(yōu)于1號(hào)樣機(jī)。

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??圖6 1號(hào)樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果???

??圖7 2號(hào)樣機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果

??6結(jié)束語(yǔ)

??我國(guó)幅員遼闊，氣候環(huán)境復(fù)雜，為充電樁的環(huán)境適應(yīng)性帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。如何解決好充電樁的環(huán)境可靠性問(wèn)題，一直是國(guó)內(nèi)各個(gè)充電樁廠家面對(duì)的難題。充電樁市場(chǎng)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，也暴露出來(lái)了各種各樣的問(wèn)題：市場(chǎng)準(zhǔn)入、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)能力、品質(zhì)控制的不完善;行業(yè)新軍多，研發(fā)、生產(chǎn)積累不夠;產(chǎn)品良莠不齊，故障率高、報(bào)廢快等等。充電樁樁體作為保護(hù)充電設(shè)備安全的“第一道壁壘”，如果不能給客戶提供優(yōu)質(zhì)、可靠的性能，無(wú)疑會(huì)極大的影響品牌質(zhì)量的提升。因此，一定要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前期，梳理各類設(shè)計(jì)需求，結(jié)合外部應(yīng)用環(huán)境和電氣要求，系統(tǒng)的、合理化的進(jìn)行充電樁產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

 

??鈑金結(jié)構(gòu)充電樁作為電動(dòng)汽車充電設(shè)備的主流產(chǎn)品在實(shí)際的使用過(guò)程中一直面臨著惡劣環(huán)境的嚴(yán)苛挑戰(zhàn)，面對(duì)其暴露出來(lái)的種種問(wèn)題，筆者通過(guò)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)銹蝕是樁體使用過(guò)程中普遍存在的現(xiàn)象，并總結(jié)多年工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合大量試驗(yàn)驗(yàn)證，提出對(duì)鈑金結(jié)構(gòu)充電樁樁體系統(tǒng)的防腐蝕設(shè)計(jì)思路，取得了較好的市場(chǎng)反饋效果，期望對(duì)各位同行有所幫助。