防尘防锈新能源汽车充电桩创新设计

王晓红，林玉桓，黄文斌，陈晓军，张 雨，丁强生，王雷猛

(无锡商业职业技术学院,江苏 无锡 214153)

0 前言

我国目前的充电桩基本都是以大型充电桩的形式存在，每个充电站都配备相应的直流充电桩和交流充电桩，车主可以根据电动汽车的实际情况选择相应的充电方式。 在一定程度上方便了汽车使用者的出行。随着近年来社会经济水平的提升，人们对于新能源车辆的需求量也越来越大，因此，对充电站建设规模以及数量方面的要求也逐渐提高。 但是，充电桩的发展尚未形成统一的执法标准，充电站通常由公交公司或出租车公司根据企业需求建设，很多大企业都参与了充电桩平台的运营，但综合充电站点还没有形成，还不是一个统一的网络，保持标准和消费。

随着新能源汽车的问世，所以辅助结构充电桩行业也得到了相应发展。 目前，充电桩正在高速公路休息区、公共停车场和住宅区分阶段安装。 虽然充电桩的数量有所增加，但充电桩的故障率仍然很高。其中户外的充电桩损坏最为严重，原因是它避免不了长时间暴晒和雨水的侵蚀；长期使用中难免的外壳破损、线缆裸露等问题的存在，还有人为的破坏。这不仅降低了充电桩的安全性，而且干扰了充电桩的正常运行，可能导致故障或损坏。 例如，有车主反映，部分车型频繁大电流充电会降低充电电池的整体电压和输出电流，然后影响充电效率。

对于电动新能源汽车来说，为保证其拥有良好的利用率和可靠性，充电桩是其非常至关重要的、是最最关键的基础配套设施。从消费者的角度考虑，是否愿意购买并乘用电动汽车以代替传统能源汽车，一方面出于对于社会责任的考量，更为重要的是电动汽车能否带给消费者更为方便舒适的乘用体验及更为经济的出行成本。而充电桩的建设与使用体验，会直接影响到消费者对电动汽车的使用体验。因此，可以毫不夸张的说,充电桩的建设决定了电动汽车的未来。充电设施的设计及其建设选址、设备外观设计﹐人机交互都将在电动汽车的推广普及中成为关乎成败的重要因素。因此，对电动汽车的充电桩的设计研究对新能源汽车的使用及普及具有不可替代的重要意义。

1 汽车充电桩的调研与分析

1.1 调研与分析

汽车充电桩是为新能源(电动)汽车提供有效能源保障的重要配套设施。其作用类似于传统能源汽车加油站中的加油机。但与传统能源汽车的加油机所不同的是，它并不依赖深埋于地下的储油设备，亦不需依赖输油管线或油料运输车的能源输送，汽车充电桩在地面或者墙璧均可安装，无需刻意建设独立的基站，设备可安装在公用空间(如公共写字楼、商业区、住宅等)及任何符合条件的空间当中，使用不同规格和电压水平为不同型号的电动汽车充电在技术上也是可能的。 目前正在开发或使用的充电桩通常有两种充电方式：普通充电和快速充电，用户可以在充电桩交互界面中选择充电方式和充电时间、查询信息等功能的操作。

现有的充电桩通常直接暴露在外部环境中，其表面容易附着灰尘，灰尘大量堆积将会降低充电桩内部元器件的散热效率，也会增加工作人员清理充电桩的工作量，在雨雪等恶劣条件下，其表面也容易积攒雨水积雪，雨水和积雪将会对充电桩的表面造成锈蚀，如若不慎浸入充电桩内部，将会对充电桩内部元器件造成锈蚀、造成内部电路出现短路情况，不仅增加了维修的工作量，也大大降低了充电桩的使用寿命。

通过在充电桩外部增加保护壳，阻碍了灰尘的附着、雨水的锈蚀，保证了充电桩的使用寿命，也减少了维修的工作量，在充电时，将保护壳打开，在不充电时将保护壳闭合，非常便捷，通过太阳能为保护壳的驱动机构进行供电，体现了节能环保。

1.2 项目研究目标及主要内容

拟设计一款可以有效防止因自然天气情况对充电桩主体造成损害的充电桩及相关设备。设计装置实现如下目标功能：

1.在恶劣天气工作环境下，有效防止雨雪对充电桩表面造成的锈蚀。

2.暴露在外部环境中时，能够通过远程或手动操控自行清除壳体顶部灰尘。

3.拥有太阳能电池板，可以降低用电成本。

4.结构简单，成本低廉，保养简易。

主要内容：了解和调研新能源汽车充电桩的研究背景和发展状况；依据设计目标，创新设计充电桩壳体及太阳能利用，实现充电桩壳体在恶劣天气情况下能够保护充电桩内部线路正常工作并可以初步做到能源的自给自足；绘制整机模型图、非标件零件图；进行零部件采购和非标零件加工制造、整机装配，样机安装调试。

2 技术方案及设计

针对目前技术中需要改进的地方，本论文提供一种防尘防锈的新能源汽车充电桩，能防止充电桩的锈蚀和集尘的问题，保证充电桩的使用寿命。

2.1 技术方案

为实现上述目的，本设计新型的技术方案如下：

本文所设计的为一种防尘防锈的新能源汽车充电桩，包括充电桩本体和设置在充电桩本体外部的防护壳体，为了更加节约能源，我们也相信，阳光普照大地，不受地域限制，无需采矿和运输，无论在哪里，无论是陆地、海洋、山地还是岛屿，都可以直接开发利用。因此，太阳能的开发和利用不污染环境，是最清洁的能源之一，在环境污染日益严重的今天，极具价值。

太阳会源源不断地向外释放它的热量。而地球每年能接收到太阳释放的能量相当于百万亿吨煤燃烧释放出来的能量。这是目前为止我们已知的最大的能量源。根据科学家的研究，预计太阳还将持续稳定释放能量达到几百亿年。因此可以说太阳的能源是无穷无尽的。

于是我们在防护壳体的顶部设置了CIGS薄膜太阳能电池板【CIGS是太阳能薄膜电池CuInxGa(1-x)Se2的简写，主要组成有Cu(铜)、In(铟)、Ga(镓)、Se(硒)】，该薄膜可应用于玻璃、不锈钢板、铝箔、陶瓷板、聚合物等基材，因为成本低且反应温度低，因此可在200℃左右生产。可以轻松实现规模化生产，降低成本。

该生产工艺可以在多个真空沉积室中连续进行，也可以在一个沉积室中进行多块板，能够满足批量化生产规模。在生产当中需要的能量也较低。采用PECVD法制取非晶硅时，衬底温度仅为200～250℃，放电电极所需的放电功率密度为低的。在1500°C左右时，所需要的功率要远低与其他材质。晶体硅太阳能电池的能量一般在三年左右就需要回收。而转换效率为6%的非晶硅太阳能电池的转换效率仅为1-1.5年。 在温度较高时，也会保持良好的工作。在电池的温度超过规定温度时，输出的功率就会降低。 对于晶体硅电池，温度每升高1°C，输出功率降低约0.5%，而薄膜电池的温度系数较低。以非晶硅太阳能电池为例，仅下降0.25%，因此会有大的量产。同时它对温度的要求性不高，这也是它的一个优点。

我们又在防护壳体上对应于充电桩本体的前侧面开设有操作口，操作口内滑动设置有滑动门板，滑动门板打开或封闭操作口，太阳能电池板的上表面设置有除尘组件，且除尘组件同步设置在滑动门板上，除尘组件跟随滑动门板滑动位移清理太阳能电池板的上表面。

除尘组件包括刮板和连接板，刮板触点设置在太阳能电池板的顶面上，且刮板的一端通过连接板固定设置在滑动门板上。

防护壳体内部还设置有驱动机构，驱动机构驱动滑动门板滑动；驱动机构包括齿条、主动齿轮和驱动电机，齿条沿滑动门板的滑动方向设置在滑动门板的内壁上，驱动电机设置防护壳体的内壁上，小齿轮置于驱动电机的输出端，小齿轮与齿条啮合。驱动机构的作用是用来产生和传递驱动滑动门板的力。

滑动门板闭合在操作口的状态下，主动齿轮位于齿条的一端，保护壳的侧壁上远离驱动齿轮在滑动方向上设置有限制板，限位板限位滑动门板的闭合行程终点。

工作窗的上、下边壁沿滑动方向设有导槽，滑动门板的上、下端可滑动地位于导槽上。

防护壳体上贯通开设有若干散热孔。有益效果：本设计新型通过在充电桩外部增加防护壳体，有效的减少了灰尘的附着以及雨水的锈蚀，保证了充电桩的安全使用和使用寿命，也减少了维修的工作量，在充电时，将滑动门板打开，在不充电时将其闭合，非常便捷，并且推拉门面板驱动机构采用太阳能供电，并且除尘组件跟随滑动门板滑动位移清理太阳能电池板的上表面，能够充分的保证太阳能电池板的电转化效率。

图1为本设计新型的整体结构的立体示意图；图2为本设计新型的滑动门板打开状态下的立体示意图；图3为本设计新型的内部结构俯视图。

2.2 具体实施方式

本论文设计的一种防尘防锈的新能源汽车充电桩详细说明如下：，包括充电桩本体10和设置在充电桩本体10外部的防护壳体1，防护壳体1上贯通开设有若干散热孔16，通过在充电桩外部增加防护壳体，有效的减少了灰尘的附着以及雨水的锈蚀，保证了充电桩的安全使用和使用寿命，也减少了维修的工作量。

防护壳体1的顶板7的上方设置有太阳能电池板3，防护壳体1上对应于充电桩本体1的前侧面开设有操作口11，操作口11内在充电桩本体10的左右方向上滑动设置有滑动门板2，滑动门板2打开或封闭操作口11，在充电时，将滑动门板2打开，同时操作口11也用于散热，在不充电时将滑动门板2闭合，防止灰尘以及雨水等进入到充电桩本体10内，非常便捷且安全性能更强。操作口11的上下缘壁上均沿滑动方向开设有导向滑槽6，滑动门板2的上下两端对应滑动设置在导向滑槽6内。

太阳能电池板3的上表面设置有除尘组件，且除尘组件同步设置在滑动门板2上，除尘组件跟随滑动门板2滑动位移清理太阳能电池板3的上表面。通过每次的开合滑动门板2，均能对太阳能电池板3进行清理，去除上表面的灰尘或积雪等，能够充分的保证太阳能电池板的电转化效率。

除尘组件包括刮板4和连接板5，刮板4接触设置在太阳能电池板3的上表面上，且刮板4的一端通过连接板5固定设置在滑动门板2上，且另一端为自由端，刮板4朝向太阳能电池板3的一侧设置有刷毛，以去除太阳能电池板上的灰尘和积雪等。太阳能电池板3位于刮板4的位移路径内，以保证刮板4能够完全的将灰尘等从太阳能电池板3上清除。

如附图3所示，防护壳体1内部还设置有驱动机构，驱动机构驱动滑动门板2滑动，通过驱动机构驱动滑动门板2，能够使得滑动门板2的打开或闭合更省力，且还能够防止在未充电状态时，滑动门板意外打开。驱动机构包括齿条13、主动齿轮12和驱动电机8，齿条13沿滑动门板2的滑动方向设置在滑动门板2的内壁上，驱动电机8设置防护壳体1的内壁上，主动齿轮12通过减速其9设置在驱动电机8的动力输出端，且主动齿轮12与齿条13啮合设置。

滑动门板2闭合在操作口11的状态下，主动齿轮12位于齿条13的一端，防护壳体1在滑动方向上远离于主动齿轮12的侧壁上设置有限位板19，限位板19限位滑动门板2的闭合行程终点。

防护壳体1内在滑动方向上远离于主动齿轮12的一侧壁上、以及相邻于主动齿轮12的一侧壁上均设置有行程开关18，滑动门板2的内壁上对应形成开关设置有接触杆17，当接触杆抵接行程开关18时，滑动门板位移结束。在防护壳体1内还设置有蓄电池14和控制器，蓄电池14通过太阳能电池板3储电，控制器控制驱动电机8的启停动作，在防护壳体1外部还设有开关门的启动开关15。

以上仅是本设计新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本设计新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本设计新型的保护范围。

综上是本论文设计的一些较为新颖的地方。应该注意到的是可以进行一些改进和修改。 这些改进和修改也应被视为新设计的保护领域。

3 结语

为了能够更好的实现对汽车尾气排放问题的改善,越来越多的国家开始纷纷加大了对电动汽车的全面推广，为在电动汽车逐渐普及的当下，对其相关配套设施进行完善也非常有必要。交流充电桩为其中重要的一部分，需发展电动汽车必须大力发展建设充电桩。设计了一款稳定、可靠、安全、实用的电动汽车智能充电桩外壳，将提高新能源汽车充电桩的技术水平和实用化水平，对新能源汽车充电行业的发展具有重要的意义