一种新型电动汽车充电接口

陆秋阳 臧向迪 王婧 吕青

1、华北电力大学科技学院 2、华北电力大学3、天津医科大学临床医学院 4、贵州财经大学

1 项目背景

随着新能源汽车销量的逐年提高，纯电动汽车的保有量也在增加[1]，在这一过程中也凸显了许多的问题，其中电动汽车充电时的安全问题便是其中之一。根据国家交通部门的监测统计，从2019年5月到年底，一共发生了113起电动汽车充电着火事故，尤其是在5～6月和7～8月两个天气炎热又降水量多的区段。CATARC机构与北理工大学参与到了事故的调查和原因认定的程序中，调查结果表明由充电接口技术缺陷所导致的事故约占总事故原因的10%～15%，可见充电接口的技术与安全性能有待进一步提高[2-3]。国内外很多机构对电动汽车充电事故的原因进行了分析，分析发现有的电动汽车的充电接口一般采用插拔方式进行充电连接，防水效果差，在充电时遇到下雨情况时容易导致充电接口进水，进而导致充电桩以及电动汽车短路，造成严重的人身伤害与经济损失[4]。

目前，很多充电设施在建设时对底部地面进行了硬化处理和基础防护，充电桩本体以下20～30厘米具备基本的防积水淹没能力，可以在一定程度上防止充电设施因积水量过多而发生短路。此外，现存的多数充电设施有渗水自动报警功能，但是报警提示后仍需要用户手动终止充电过程，并不能自动弹出充电接口，也不能够自动的检测车辆的状况。

电动汽车充电安全隐患是制约电动汽车行业发展的一个重要因素。2020年5月13日，工信部官网发布了电动汽车、电动客车、动力电池等三项强制国家标准，规定了电动汽车的电气安全和功能安全。该标准于2021年1月1日起正式实施，进一步提高了对电动汽车充电安全的要求。电动汽车充电安全越来越受到关注，政府部门不断出台相关政策规范充电设施，用户也迫切需要电动汽车充电的安全性提高。更便捷、更安全的接口设计，能使用户更加安全、放心地使用新能源汽车，从而进一步推动电动汽车产业的发展。

2 新型充电接口结构与工作原理

2.1 新型电动汽车充电借口原理

为了克服现有技术的不足，解决充电接口的防水效果，在充电时遇到下雨情况时容易导致充电接口进水问题，本项目提出了一种新型新能源汽车充电接口，进一步提升了充电接口的密封性与防水性，并同时配置有渗水智能报警与自动断接装置。该装置的结构包括外壳、安装板、卡扣、接电插管、密封夹具、密封盖和卡槽、渗水感应模块和监控系统。该新型充电接口在充电接口内部边沿处安装了密封夹具，在充电插管插入时，充电插管挤压密封夹具后侧的夹紧机构，使夹紧机构带动左右两侧的夹板对充电插管进行夹紧，增加与充电插管的贴合度。由于左夹板和右夹板扩张，便于充电插管进行插入。此外，在左夹板和右夹板内侧前端分别设置了密封橡胶，充电插管插入时，左夹板和右夹板通过密封橡胶对充电插管进行夹紧，增加对充电插管连接处的密封效果。当渗水感应模块感应渗水时，该装置能够通过电磁设备迅速弹出充电枪，并通过App反馈给车主。此外，该装置装配有微波无线监控设备，可有效发送实时画面至配套App，车主可实时查看车辆状况与充电环境。新型电动汽车充电接口结构图如图所示：

图1 新型电动汽车充电接口结构图

图中，外壳1外侧中部安装有安装板2；外壳1左侧前端安装有卡扣3；外壳1内中部固定有接电插管4；外壳1内部边沿处安装有密封夹具5；外壳1右侧前端通过转轴与密封盖6进行转动连接。密封盖6前端中部开设有卡槽7。各部分的机械结构介绍如下：

2.1.1 外壳

外壳外侧中部安装有安装板，外壳左侧前端安装有卡扣，外壳内中部固定有接电插管，外壳内部边沿处安装有密封夹具，外壳右侧前端通过转轴与密封盖进行转动连接，密封盖前端中部开设有卡槽。

2.1.2 密封夹具

密封夹具由左夹板、右夹板、光杆、上夹紧机构、下夹紧机构和密封橡胶组成，光杆设置有两根，且横向贯穿左夹板和右夹板内部后侧上下两端，左夹板和右夹板内部后端上下两侧分别安装有上夹紧机构和下夹紧机构，左夹板和右夹板内侧前端固定有密封橡胶，光杆左右两侧通过螺栓与外壳相互锁固。

2.1.3 夹紧机构

上夹紧机构由支撑板、直杆、活动转轴、连杆和连接转轴组成，支撑板后端与直杆相互焊接，所述直杆后端与活动转轴相互焊接，连杆设置有两根，所述连杆一端沿活动转轴进行转动，且两根连杆另一端通过连接转轴分别与左夹板和右夹板进行转动连接。上夹紧机构和下夹紧机构结构一致，且分别设置于左夹板和右夹板之间上下两侧。

2.1.4 左夹板，右夹板和密封橡胶

左夹板和右夹板形状与外壳一致，且左夹板和右夹板与外壳内壁贴合时，左夹板和右夹板之间的距离为0.5cm。左夹板和右夹板与外壳内壁贴合时，两根连杆之间呈直线状态。光杆表面呈光滑状，且左夹板和右夹板内壁与光杆贴合。左夹板和右夹板均采用PVC硬质塑料材质。密封橡胶的材质采用丁腈橡胶。丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合法制得的，主要采用低温乳液聚合法生产，耐油性极好，耐磨性较高，耐热性较好，粘接力强[5]。

2.1.5 智能报警与自动断接装置

智能报警与自动断接装置的核心部件主要包括渗水感应模块、接口摄像头。所述渗水感应器安装在密封夹具上，接口摄像头安装在外壳内，并配置Wifi装置，信号不易受到影响。

仅靠机械装置保证密封性可能出现失误，本装置装有渗水感应模块，通过其输出的继电器触点信号，可与各种检测系统相整合。一旦电动汽车充电接口在恶劣天气下发生渗水，迅速将信号传输到车主手机，同时控制夹紧机构放松，迅速弹出充电器并将“弹出”的结果发送至配套App。本装置同时装配有监测摄像头。接口摄像头安装在外壳处，车主可通过该设备时刻查看充电时的车辆状态与车周环境，使电动汽车充电更加安全放心。

2.2 工作原理

（1）在充电接口使用前，首先将该充电接口通过安装板安装至新能源的充电口处.

（2）在需要对新能源汽车进行充电时，断开卡扣对密封盖的卡槽的连接。

（3）打开密封盖后将充电桩的充电插管插入至外壳内，充电插管内部的接电管与接电插管相互插接。由于左夹板和右夹板扩张，便于充电插管进行插入。充电插管插入至外壳内部后同时挤压上夹紧机构和下夹紧机构前侧的直杆，直杆向后推动活动转轴，活动转轴向后拉动左右两侧的连杆，左夹板和右夹板与外壳内壁贴合时，两根连杆之间呈直线状态，使活动转轴向后移动时通过连杆拉动左夹板和右夹板产生向内收缩的作用力。且由于光杆表面呈光滑状、左夹板和右夹板内壁与光杆贴合，装置对左夹板和右夹板的移动轨迹进行限制，使连杆通过连接转轴拉动左夹板和右夹板之间沿光杆进行收缩，左夹板和右夹板通过密封橡胶对充电插管进行夹紧，且进行密封，增加对充电插管连接处的密封效果。

（4）当电动汽车充电接口渗水时，充电器将自动弹出。充电器的自动弹出主要依靠电磁式弹出系统实现，该系统利用电磁作用原理产生的电磁推力使物体加速，且电磁驱动力与电流平方成正比，所以只要保证足够的电流输入，便能产生足够大的推力，从而实现在电动汽车充电接口渗水情况下将充电接口快速弹出。

3 装置优点

目前市场上常见的电动汽车，其充电接口在位置和构造大都借鉴了燃油汽车油箱加油口，接口都设置在带门锁的舱室内，充电的时候舱室门敞开，充电插头和充电接口做活动连接。国内现有电动汽车充电接口为避免电动汽车充电接口渗水通常采用遮雨盖设计，充电孔是内陷式的，充电孔外有绝缘材料的盖子，充电插头和充电接口通过螺口或者卡口连接，外力拉扯连接线并不能使其松动。但是传统的电动汽车充电插头和充电接口在充电前后仅仅通过螺口或者卡口连接，不够方便和密封。而本文介绍的新型电动汽车充电接口的设计则增强了现有电动汽车充电接口在特殊环境下的安全系数。并且该新型电动汽车充电接口生产成本低，原料容易获取，制作简单，功能齐全，具有良好的生产推广前景。综上所述，本文提出的新型电动汽车充电接口主要具有如下优势：

（1）使用便捷。本充电接口在充电接口内部边沿处安装了密封夹具，在充电插管插入时，充电插管挤压密封夹具后侧的夹紧机构，使夹紧机构带动左右两侧的夹板对充电插管进行夹紧，增加与充电插管的贴合度。左夹板和右夹板扩张，便于充电插管进行插入。

（2）提高充电接口密封性。本充电接口通过在左夹板和右夹板内侧前端分别设置了密封橡胶，充电插管插入时，左夹板和右夹板通过密封橡胶对充电插管进行夹紧，增加电动汽车充电接口密封性。

（3）提高充电安全性。传统的电动汽车充电接口紧靠机械装置保证密封性可能出现失误。本装置装有渗水感应模块，渗水时自动弹出充电器，让充电更安全放心。

（4）满足用户需求。新型电动汽车充电接口装配有摄像头，车主可实时查看车辆状况与充电环境。