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(shù)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(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)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(wàn)座，分散式充電樁超過 480 萬(wàn)個(gè)， 以滿足全國(guó) 500 萬(wàn)輛電動(dòng)汽車充電需求。2017年，根據(jù)國(guó)家能源局的指導(dǎo)意見，計(jì)劃年內(nèi)建成充電樁90萬(wàn)個(gè)：其中，公共充電樁10萬(wàn)個(gè)，私人充電樁80萬(wàn)個(gè)。

　　充電槍作為電動(dòng)汽車充電連接器，是連接充電樁等充電設(shè)施與電動(dòng)汽車的“橋梁”，同時(shí)在充電的時(shí)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(guān)重要的，甚至可以代表著電動(dòng)汽車充電技術(shù)的優(yōu)劣！

　　2015年12月28日國(guó)家發(fā)布了新版電動(dòng)汽車充電槍及通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)，其中新國(guó)標(biāo)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(dòng)汽車的充電場(chǎng)所多為戶外，如戶外的停車場(chǎng)。其次，在實(shí)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(shì)下的“隱憂”

　　從2013年以來(lái)，尤其是最近幾年，大批國(guó)內(nèi)外企業(yè)紛紛進(jìn)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(shí)，2015年新國(guó)標(biāo)的制定與實(shí)施，統(tǒng)一了國(guó)標(biāo)與歐標(biāo)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(jìn)了充電槍企業(yè)快速發(fā)展。

　　由于大量新企業(yè)進(jìn)入充電樁的生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)和服務(wù)領(lǐng)域，針對(duì)充電槍的質(zhì)量、設(shè)計(jì)和可靠性等方面缺乏相應(yīng)的規(guī)定和管理；導(dǎo)致在這一“朝陽(yáng)”下，市場(chǎng)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(dǎo)致大批充電樁企業(yè)難以分辨、無(wú)從選擇。再加上最低價(jià)中標(biāo)和市場(chǎng)定價(jià)的混亂，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)低價(jià)劣質(zhì)、高價(jià)劣質(zhì)、“劣幣驅(qū)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(dòng)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(guān)系到設(shè)備的安全，而且更加關(guān)系到人員的安全。設(shè)備的安全是要確保在充電槍的運(yùn)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(dòng)汽車的損傷，甚至是整個(gè)充電站的損失。經(jīng)常見諸報(bào)端的是這個(gè)充電槍失火了，那個(gè)充電樁因?yàn)槌潆姌屄╇娙紵?，還有一些是直接引燃了電動(dòng)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(yùn)行整個(gè)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(zhǎng)期可靠性

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

2.3 價(jià)格亂象

　　在前期低價(jià)中標(biāo)，要求不明確的背景下，充電槍價(jià)格時(shí)常偏離正常合理的水平，往往帶來(lái)劣質(zhì)產(chǎn)品中標(biāo)，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(yùn)營(yíng)商和使用者的切身利益與安全。因此，一個(gè)合理的市場(chǎng)價(jià)格體系，透明統(tǒng)一的技術(shù)要求和認(rèn)證，是對(duì)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(jià)格亂象，則需要在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、選材和工藝三個(gè)方面著手，以優(yōu)良的設(shè)計(jì)、精心的選材、嚴(yán)格的工藝要求來(lái)保證產(chǎn)品的安全特性，同時(shí)為充電槍質(zhì)量的正確評(píng)定 而打下基礎(chǔ)。

3.針對(duì)充電槍產(chǎn)品特性的優(yōu)化與設(shè)計(jì)

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

3.1充電槍技術(shù)要求的更新

　　2015年12月，中國(guó)發(fā)布新的充電槍國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，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(dòng)汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置  第1部分：通用要求 》2.2 GB/T 20234.3-2015《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)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(shè)計(jì)分析：

3.2.1直流充電槍電子鎖設(shè)計(jì)：

　　新版國(guó)標(biāo)對(duì)直流充電槍的鎖止裝置明確規(guī)定“對(duì)于直流充電的車輛接口，應(yīng)在車輛插頭上安裝電子鎖止裝置，防止車輛接口帶載分?jǐn)??！币虼耍娮渔i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(shè)計(jì)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(jìn)行充電；電子鎖可以保證充電時(shí)插頭有效、可靠的處于插座中；電子鎖可以保證充電付費(fèi)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(cè)性，高可靠性和高適用性；在結(jié)構(gòu)方面要求空間尺寸小，低功耗，和充電插座無(wú)縫對(duì)接，易安裝和易維護(hù)等。結(jié)合電網(wǎng)客戶和車廠客戶的實(shí)際需求，需要通過各種方式來(lái)滿足充電接口電子鎖的各種要求。

　　針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，我們提出了一種全新的電機(jī)鎖止裝置的設(shè)計(jì)方案，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。該技術(shù)方案包括：殼體、設(shè)置于所述殼體內(nèi)的齒條、齒輪、頂桿和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述齒條與所述齒輪相互嚙合，且所述齒條固設(shè)于所述頂桿上，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述齒輪連接，用于驅(qū)動(dòng)所述齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，所述殼體上設(shè)置有用于允許所述頂桿的兩端自由伸進(jìn)和伸出的開口。如下圖所示：

　　在使用新的電機(jī)鎖緊裝置之后，經(jīng)過長(zhǎng)壽命測(cè)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(shì)。

3.2.2直流充電槍尾部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

　　目前直流充電槍的尾部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：一般采用鋅合金壓片和TPU線纜尾套來(lái)固定、密封電纜；如下圖所示：

　　但在長(zhǎng)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(dǎo)致電纜松動(dòng)；且在充電槍工作時(shí)，由于電纜溫度升高，質(zhì)地變軟，也易造成電纜松動(dòng)，從而導(dǎo)致密封尾部電纜破損、密封失效等。

　　在電纜運(yùn)行過程中個(gè)，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(huì)有變化，從而導(dǎo)致密封效果的下降甚至是失效。所以，一個(gè)有效的密封結(jié)是保證充電槍長(zhǎng)期可靠性和壽命的關(guān)鍵。

　　針對(duì)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(jié)構(gòu)的電纜密封裝置的設(shè)計(jì)方案。

　　密封件外表面設(shè)置有雙凹槽,且與雙凹槽對(duì)應(yīng)的內(nèi)表面上設(shè)有雙凸筋；所述壓緊螺帽為倒U型；當(dāng)鎖緊時(shí)，旋轉(zhuǎn)壓緊螺帽，同時(shí)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(dǎo)致雙凹槽壓縮變形,使雙凸筋抱緊電纜。

　　針對(duì)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(jié)構(gòu):

3.2.3直流充電槍外觀設(shè)計(jì)及材料選擇：

　　目前市面上的直流充電槍，產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)客戶和用戶。

　　直流充電槍因?yàn)榫€徑較粗，線徑較大，通常會(huì)單獨(dú)做出一個(gè)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(diǎn)。其在使用的時(shí)候需要使用者發(fā)力來(lái)控制；所以人手抓握的地方多會(huì)做一些防滑處理，一眼看去強(qiáng)度就比較高。而且把手的舒適性和角度也會(huì)影響使用者手持的體驗(yàn)感受。這些特性在前期的工業(yè)設(shè)計(jì)中都需要考慮。

　　產(chǎn)品設(shè)計(jì)色彩運(yùn)用，充電槍顏色搭配，有色系占主導(dǎo)，視覺沖擊力強(qiáng)；對(duì)于工具類產(chǎn)品設(shè)計(jì)，中性色穩(wěn)重耐看更適合充電槍。

3.2.4外觀設(shè)計(jì)核心要素：

　　汽車直流充電槍在符合人體工程學(xué)的基礎(chǔ)上主要以直線和曲線結(jié)合型為主。在今后的設(shè)計(jì)中可以多學(xué)習(xí)手持類相關(guān)產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，做到美觀簡(jiǎn)潔時(shí)尚大氣，又符合人機(jī)要求，另外還可以查詢每年的流行色進(jìn)行產(chǎn)品的合理配色，使產(chǎn)品更加符合消費(fèi)者的審美需求。

　　該外觀設(shè)計(jì)在充分考慮了人機(jī)工程學(xué)的基礎(chǔ)上，以流動(dòng)的線條感為依托，幻化出這款曲線感很強(qiáng)的充電槍，貫穿整個(gè)槍身的美工線是該產(chǎn)品的點(diǎn)睛之筆，使產(chǎn)品更加生動(dòng)；美工線和整個(gè)槍身造型相呼應(yīng)，使產(chǎn)品層次分明。

　　材料采用塑膠、金屬相結(jié)合，加工工藝上有原色注塑、表面細(xì)紋、電鍍、絲印等。通過簡(jiǎn)單的工藝與材料的融合設(shè)計(jì)，使得產(chǎn)品更加易用、成熟，更具可靠性和專業(yè)水平。同時(shí)，使產(chǎn)品更具科技?xì)庀ⅰ?/p>

　　該外觀設(shè)計(jì)的靈感來(lái)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(shè)計(jì)原理，但是流線中又有強(qiáng)硬的棱線，剛?cè)岵?jì)，使產(chǎn)品更加生動(dòng)。手持部分做了防滑處理，更適合抓握，按鍵處做了盲點(diǎn)處理，提升了用戶體驗(yàn)。

4.結(jié)束語(yǔ)

　　該新型智能直流充電槍在技術(shù)與安全性上處于行業(yè)內(nèi)領(lǐng)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(shì)：

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

　　其二，其獨(dú)特的閉鎖機(jī)構(gòu)可以大幅提高使用時(shí)的安全性，確保使用者在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)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(diǎn)，使之成為全天候的充電連接器。符合國(guó)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(yīng)用。

　　其四，該充電槍是依據(jù)新國(guó)標(biāo)的要求設(shè)計(jì)開發(fā)和生產(chǎn)制造的，其測(cè)試也是依據(jù)新國(guó)標(biāo)進(jìn)行，可以保證在各種符合新國(guó)標(biāo)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可以預(yù)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(dòng)汽車更加適用于中國(guó)市場(chǎng)。

　　其六，其獨(dú)特的外形設(shè)計(jì)符合人體工學(xué)的要求，給使用者帶來(lái)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(dòng)汽車在內(nèi)的各型電動(dòng)汽車，為電動(dòng)汽車廠商、充電樁廠商和運(yùn)營(yíng)商提供質(zhì)量可靠、經(jīng)濟(jì)的充電連接解決方案，更可為電動(dòng)汽車使用者帶來(lái)安全、高效便捷的體驗(yàn)。

　　同時(shí)，隨著電動(dòng)汽車的廣泛應(yīng)用和充電樁的廣泛建設(shè)，對(duì)于能源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)是顯而易見的。

　　在能耗方面：經(jīng)過有效測(cè)算，一臺(tái)較燃油汽車重量重的電動(dòng)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(hù)方面：電動(dòng)汽車從全壽命周期來(lái)評(píng)估更為清潔：在行駛里程相同的條件下，電動(dòng)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(jì)減少50%左右。尤其隨著國(guó)內(nèi)新能源在一次發(fā)電比重的上升和電池回收技術(shù)的突破，未來(lái)在制造環(huán)節(jié)和電池回收環(huán)節(jié)的排放將進(jìn)一步減少，必將使得電動(dòng)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(jì)比同等汽油車排放減少70~80%。目前中國(guó)車輛保有量大約在2億輛車普及和技術(shù)的更新，越來(lái)越多的，隨著電動(dòng)汽車的大幅度推廣，其節(jié)能環(huán)保的效益會(huì)更加突出與明顯?！熬G水青山也是金山銀山”也必將實(shí)現(xiàn)。 

　　從國(guó)際上來(lái)看：德國(guó)在2030年，荷蘭、挪威在2025年，法國(guó)、英國(guó)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(dòng)車輛。中國(guó)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(yīng)用對(duì)于提升行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、提質(zhì)升級(jí)、安全可靠運(yùn)行具有積極的推動(dòng)作用；對(duì)于國(guó)際領(lǐng)先新能源汽車制造企業(yè)和國(guó)內(nèi)標(biāo)桿汽車制造企業(yè)將本增效、提質(zhì)將本、優(yōu)化服務(wù)具有積極的帶動(dòng)意義；對(duì)于促進(jìn)并保持中國(guó)新能源汽車在全球的技術(shù)領(lǐng)先具有積極的貢獻(xiàn)；對(duì)于社會(huì)所關(guān)注的節(jié)能環(huán)保具有實(shí)際的帶動(dòng)價(jià)值。

　　在該智能充電槍未來(lái)的發(fā)展路徑中，將繼續(xù)在保持充電槍基本功能的同時(shí)，積極拓展其作為智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)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(zhǎng)壽命電動(dòng)汽車充電槍。為企業(yè)、行業(yè)、人民、社會(huì)和環(huán)保等各利益攸關(guān)方繼續(xù)新的貢獻(xiàn)！