摘 要：隨著交通網(wǎng)絡的擴展，各類新型技術層出不窮，交通方式也發(fā)生了巨大的變化。為了滿足當代社會對交通的發(fā)展需求，新能源客車應時而生，并在各地得到了推廣應用。但由于各地的環(huán)境不同、氣候不同，因此在新能源客車的技術問題上提出了較高的要求。尤其在直流充電樁設計上提出了更高的要求，文章主要分析了低溫環(huán)境對直流充電設備的影響，對直流充電樁內(nèi)部各部件進行了不符合項排查，探討了通過重新選型和溫控加熱的方案解決低溫影響的問題。

關鍵詞：高寒地區(qū)；直流充電；樁溫控加熱

1 概述

隨著新能源客車在全國范圍迅速推廣，我公司直流充電樁安裝運行于全國各地。我國地域遼闊，氣候多樣，要求充電樁適應較寬的溫度范圍。特別是應用于東北高寒地區(qū)的產(chǎn)品，需要根據(jù)當?shù)刈畹蜏囟惹闆r進行設計。

高寒地區(qū)的冬季溫度相對較低，氣候條件較差，冬季最低氣溫可以達到-40℃，電氣設備在高寒地區(qū)所面臨的共同問題便是低溫問題。而新能源客車在高寒地區(qū)運行中最大的技術難題便是充電設備會受到環(huán)境溫度的影響，致使零件性能、運行工況受損，除此之外設備的可維護性也會發(fā)生改變。若不能采取及時有效的方式予以改善，很可能導致充電系統(tǒng)運行受到影響，引發(fā)諸多安全事故。

文章結合北方充電設備相關使用狀況以及設計制造經(jīng)驗，對低溫狀況下充電設備受到環(huán)境溫度影響相關內(nèi)容進行了分析，對充電設備設計要點、選型要點提出了合理的建議，希望能夠為低溫環(huán)境充電設備的設計提供參考。

2 直流充電樁在低溫環(huán)境下運行的常見問題

目前低溫狀態(tài)下充電設備存在的問題主要包括以下幾方面：低溫環(huán)境下金屬材料容易發(fā)生脆斷、導線和絕緣材料會發(fā)生開裂、低溫環(huán)境下開關電源會出現(xiàn)低溫啟動、相關參數(shù)也會發(fā)生改變并引發(fā)控制系統(tǒng)失效、人機交互界面（彩色觸摸屏）性能變化等。

而充電設備在低溫環(huán)境中常見的問題主要有以下幾方面。

（1）金屬材料脆斷。低溫環(huán)境下，金屬材料容易受到溫度變化影響，其機械性能會發(fā)生較大的改變。若溫度低于一定數(shù)值，那么一些韌性較好的金屬便會出現(xiàn)較強的脆性，低溫環(huán)境下金屬構件發(fā)生損壞的原因便在此。如果處理不當，充電樁柜體門板、充電模塊支撐條架等在溫度環(huán)境過低的條件下其鋼結構件的機械性能會由于溫度變化而降低，因而發(fā)生脆斷問題，致使充電設備內(nèi)部模塊發(fā)生塌陷，影響產(chǎn)品運行的安全性。

（2）低溫焊接。機械結構以及機械構件在低溫環(huán)境下受影響最大的便是焊接。焊接區(qū)域在低溫環(huán)境中很容被破壞或發(fā)生脆斷。若焊接工藝不當，那么焊接部位的結構應力以及晶粒之間的應力消除不良，必然會導致焊接結構低溫環(huán)境下的金相組織不穩(wěn)，由此造成低溫脆斷問題的產(chǎn)生。所以焊接材料的焊接缺陷以及低溫特性影響對金屬材料在低溫下的性能尤為重要。充電柜內(nèi)部安裝條架及充電模塊支撐架是由冷軋鋼板折彎后全焊接而成，需用到大量的焊接材料。

（3）電絕緣結構的改變。低溫環(huán)境下，絕緣材料的絕緣性能以及電氣元件的絕緣性能都會受到影響，不但電絕緣結構會發(fā)生變化，相關金屬元件以及焊接點也會由于溫度過低而發(fā)生脆斷。絕緣材料的物理性能以及電磁性能也會受到影響，而知識工作點發(fā)生漂移。

在低溫下，熔斷器熔斷特性和被保護對象額定過載匹配會受到影響而發(fā)生改變。熔斷器具有一定的額定電流值，而額定電流值是由熔斷材料能夠長期工作的最高溫升決定的，而熔斷器工作環(huán)境不同、條件不同，其載流能力也不同。若熔斷器的使用環(huán)境溫度相對較低，那么其載流能力受到影響，保護匹配性必然會發(fā)生改變。

低溫環(huán)境下，隨著環(huán)境溫度的改變，交流磁力啟動器以及交流接觸器、交流牽引電磁鐵的吸合、釋放電壓也會發(fā)生改變，溫度降低，其吸合、釋放電壓降低，但涂有潤滑油或潤滑脂的結構部分在環(huán)境溫度較低的情況下，響應也會變差。

普通的手動電器在環(huán)境溫度較低的情況下，也會出現(xiàn)由于電器上橡膠護套硬化、脫扣失靈等問題致使電器無法操作。而一些絕緣材料在低溫環(huán)境中，其絕緣電阻會明顯升高。

低溫狀態(tài)下，受到環(huán)境溫度影響聚氯乙烯導線也會出現(xiàn)絕緣層變硬發(fā)脆問題，因而只能在固定位置接線處使用聚氯乙烯導線，而在轉彎等活動部位則應當應用其他材料。

3 低溫對直流充電樁主要零部件的影響及解決措施

產(chǎn)品在低溫環(huán)境下應用范圍會受到極大的限制，所以在設備的設計制造中，低溫環(huán)境下產(chǎn)品的設計制造經(jīng)驗累積并不受到重視，遠遠不如常溫、高溫環(huán)境下產(chǎn)品的制造、設計。并且零件的種類不同，其在低溫環(huán)境下受到的影響也不同，需要針對性的采取措施予以解決。

（1）對于金屬構件，應根據(jù)承受載荷的形式予以區(qū)別對待。采取適當?shù)臒崽幚矸椒ǎù慊?中溫回火）能顯著提高材料承受沖擊的能力，避免應力集中。重要的是在設計結構中應盡量減少部件承受沖擊的機會，如應考慮減少運行和運輸中部分部件出現(xiàn)的共振現(xiàn)象，盡量避免金屬零件出現(xiàn)懸臂梁的結構等。

（2）對焊縫的影響。焊接件在高寒地區(qū)環(huán)境溫度下存在低溫疲勞問題。大量試驗結果表明，幾乎所有金屬材料的疲勞極限均隨溫度的降低而下降，而材料的缺口敏感性也增大。因此，焊縫是影響低溫疲勞強度的關鍵環(huán)節(jié)。焊縫的抗疲勞能力主要取決于焊接質(zhì)量和焊縫型式，如果焊縫中存在大的缺陷，極易引起低溫脆斷破壞。為保證金屬結構的焊接強度和耐低溫性能，應先對焊件進行預熱，且焊條材質(zhì)必須與母材接近或一致。焊條在使用前必須烘干1h并放在專用的儲存筒中備用。零件焊接后要進行回火處理，消除應力。

（3）電子電氣器件在溫度變化較大以及溫度環(huán)境惡劣的環(huán)境下，其功能必然會受到影響，在高寒地區(qū)，環(huán)境溫度無法滿足常規(guī)元件適用范圍，因而其功能必然會受到影響。

依據(jù)低溫對電氣設備的影響，以及高寒地區(qū)的環(huán)境溫度（-40℃）對充電機中的電氣件的使用環(huán)境進行排查。經(jīng)過排查，在低溫下，斷路器、開關電源、線纜、交流接觸器、顯示屏不能滿足高寒地區(qū)的使用要求。（1）對于總開關塑殼斷路器、開關電源、線纜通過新的選型，能夠滿足在高寒地區(qū)環(huán)境溫度-40℃的工作要求。（2）為了保證交流接觸器正常工作，在充電機內(nèi)部設計一個封閉的加熱空間。將交流接觸器放置在這個封閉的空間，空間內(nèi)部安裝溫度控制器，通過主控器控制加熱器將處于低溫的電氣件加熱到工作溫度范圍，關閉加熱器，然后啟動充電。產(chǎn)品在運行過程中，其環(huán)境溫度受到控制器監(jiān)測，預先對控制器設定預定值，一旦溫度低于預定值，則控制器會啟動吹風機、加熱板改善環(huán)境溫度，通過熱氣循環(huán)的方式確保產(chǎn)品設備的正常運行。目前PTC加熱板是最為常用的材料，保證加熱器的使用壽命。（3）人機交互界面采用低溫單色屏加按鍵的方案，彩色觸摸屏在-40℃的環(huán)境下無法工作，需要采用低溫單色屏顯示，按鍵輸入。

4 結束語

高寒型直流充電樁的設計需要考慮原材料的低溫性能，針對不能滿足的部分進行重新選材或加熱防護。隨著我國直流充電設備的不斷推廣，運行在高寒地區(qū)的直流充電樁數(shù)量相對較多，若不能依照產(chǎn)品規(guī)定使用，且預防措施不完善，在高寒地區(qū)的運行中極易導致事故的發(fā)生。文章主要探討分析了直流充電樁設計要點，在高寒地區(qū)，直流充電樁容易受到低溫環(huán)境影響，通過探討分析以期能夠推進直流充電樁技術的發(fā)展。

參考文獻

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