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充電パイル構造設計の主要ポイントの概要
I. 充電パイルの技術要件
充電パイルはEVの「ガソリンスタンド」として機能します。主なタイプは、AC充電パイル、DC充電パイル、およびACとDCの両方の充電が可能なAC/DC統合充電パイルの3種類です。
DC充電パイルは、高速道路の「ファストフードレストラン」のようなものです。急速充電を提供するため、高速道路や専用充電ステーションなどの場所に設置するのに適しています。これにより、EVは迅速に「給油」して旅を再開できます。
AC充電ステーションは、地域における「コンビニエンスストア」のような存在です。充電速度は遅いですが、非常に便利です。通常、住宅地、駐車場、路上の駐車スペース、高速道路のサービスエリアなどに設置されており、いつでもどこでも車両を充電できます。
現代の充電ステーションは非常にインテリジェントで、「通信」が可能です。しかし、無作為に通信するのではなく、「OCPP1.6」として知られる「プロトコル」に従います。この「プロトコル」は、充電ステーション、EV、充電ステーション管理システム間のシームレスな「通信」を可能にする共通の「言語規則」のようなものです。
会話中に相手に理解できる言葉を使う必要があるのと同様に、充電パイルもこのルールに従って通信する必要があります。これにより、EVは適切な充電量を判断でき、充電パイル管理システムは充電パイルの運用を監視できます。その結果、安全で効率的な充電プロセスを確保するために、全員が協力できます。
さらに、この「翻訳者」は、天候による誤動作を防ぐために防水・防雨であること、安全性と漏電がないことを保証することなどの特定の要件を満たす必要があります。また、継続的な連絡を維持し、「通信障害」を回避するために、安定した通信能力も必要です。
要約すると、充電パイルはEVの「ガソリンスタンド」のようなものです。この「翻訳者」により、EVはより便利かつ安全に充電でき、より長距離の走行が可能になります。
- 環境条件:
⑴ 作業環境温度: -20℃～+50℃;
⑵ 相対湿度：5%～95%；
⑶ 海抜：≤2000m;
⑷耐震性：機器に対する「地震シミュレーションテスト」に似ています。
私たちの足元の地面が波のように動き出すのを想像してみてください。この動きはランダムではなく、サイン波に似ており、交互に上下に動きます。
この動きには2種類あります。一つは横方向の揺れで、まるで海の穏やかな波のように水平に揺れます。もう一つは上下の動きで、スピードバンプを乗り越えるときに車が上下に跳ねるようなものです。ただし、この動きの振幅は通常遭遇するものよりもはるかに大きいです。
横揺れ時には、私たちが普段地球上で感じる重力加速度を表す「g」を0.3gとした加速度が地面に加わることに相当します。上下動時には、地面に0.15gの加速度が加わるようなものです。
さらに、この「地震」は一度だけではなく、3回連続で発生します。来るたびに、サイン波のように規則的な動きをします。
この実験は、機器が破損することなく地震の衝撃に耐えられるかどうかをテストするために、地震をシミュレートするために使用されます。
最終的に、機器はこの「地震シミュレーションテスト」で良好な性能を発揮しなければなりません。つまり、そのような「揺れ」に耐え、予備電力を備えている必要があります。この予備電力は数値で表され、安全率が1.67より大きくなければなりません。
簡単に言えば、機器は「地震」の際に安全を確保し、損傷しないように十分に堅牢である必要があります。
- 環境耐性要件：
⑴ 充電パイル筐体の保護等級は、屋内使用の場合はIP32、屋外使用の場合はIP54に達する必要があります。さらに、必要な雨よけおよび日よけ装置を取り付ける必要があります。
⑵ 三防（防湿、防カビ、防塩害）要件：充電器内のプリント基板、コネクタ、その他の回路部品は、湿気、カビ、塩害から保護され、充電器が屋外の湿潤で塩分の多い環境でも正常に動作できるようにする必要があります。
⑶ 防錆（防酸化）保護：充電パイルの鉄製筐体、露出した鉄製ブラケットおよび部品には、二重の防錆対策を施す必要があります。非鉄金属製の筐体にも、酸化防止保護膜を装備するか、酸化防止処理を施す必要があります。
⑷ 充電パイルの筐体は、GB 7251.3-2005の8.2.10で規定されている耐衝撃性試験に耐えられるものでなければなりません。
II.板金製充電パイル筐体構造の特性
充電パイルは一般的に、パイル本体、充電ソケット、保護制御装置、計量装置、カード決済装置、ヒューマン・コンピュータ・インタラクション・インターフェースなどで構成されており、下図に示す通りです。
充電パイル本体の板金構造は、厚さ約1.5mmの低炭素鋼板で作られています。製造工程には、板金タワーのパンチング、曲げ、溶接が含まれます。一部の充電パイルは、屋外保護と断熱のニーズを考慮して二重層構造設計を採用しています。製品の全体的な形状は主に長方形であり、フレームは全体として溶接されています。美観を高めるために、特定の領域に丸みを帯びた曲面が追加されています。充電パイル全体の強度を確保するために、一般的に補強リブまたは補強プレートが溶接されています。
パイル本体の外表面には、一般的にパネルインジケータライト、パネルボタン、充電インターフェース、放熱孔などが配置されています。背面ドアまたは側面には盗難防止ロックが装備されており、パイル本体はアンカーボルトで設置ベースに固定されています。
ファスナーは一般的に電気メッキ亜鉛メッキまたはステンレス鋼で作られています。充電パイル本体に一定の耐食性を持たせるために、充電パイルは一般的に屋外用粉体塗料または屋外用塗料でスプレーされ、その耐用年数を確保しています。
III.板金構造充電パイル本体の防食設計
⑴ 充電パイル本体構造の外観には、鋭利な角があってはなりません。
⑵ 充電パイルの上部カバーは、水たまりを防ぐために5°以上の傾斜を推奨します。
⑶ 比較的密閉された製品は、結露を防ぐために除湿機を使用して除湿します。放熱が必要な製品や放熱穴のある製品は、結露を防ぐために除湿のために除湿コントローラー+ヒーターを使用する必要があります。
⑷ 板金溶接後、屋外環境を十分に考慮し、外部溶接はIP54防水規格を満たすように完全に溶接する必要があります。
⑸ ドアパネル補強材などの密閉溶接構造の場合、塗装が密閉構造の内部に入らないようにする必要があります。塗装後の組み立て、または亜鉛メッキシートでの溶接、または溶接後の電着塗装を経てから塗装することで、設計を改善する必要があります。
⑹ 溶接構造は、スプレーガンが入ることができない狭い隙間や狭い空間を避ける必要があります。
⑺ 放熱孔は可能な限り部品として設計し、狭い溶接部や層間を避けること。
⑻ 外部委託のロックロッド、ヒンジ等は可能な限りSUS304製とし、中性塩水噴霧試験GB 2423.17の耐食時間は96h以上とする。
⑼ 名板の固定方法は、防水コア引抜リベットまたは接着剤による接着に変更する。ねじが必要な場合は、必ず防水処理を施すこと。
⑽ すべての締結部品は、亜鉛ニッケル合金めっきまたはSUS304処理を施すこと。亜鉛ニッケル合金締結部品は、中性塩水噴霧試験で96時間白錆が発生しないこと。露出する締結部品はすべてSUS304製とする。
⑾ 亜鉛ニッケル合金締結部品は、ステンレス鋼との併用を避けること。
⑿ 充電パイルの設置アンカー穴は事前に加工する必要があり、充電パイル設置後に穴を開けてはいけません。充電パイル底部の給電口は耐火粘土で封止し、給電口からパイル本体に表面水蒸気が侵入するのを防ぐ必要があります。設置後、パイル本体とセメント設置プラットフォームの間にシリコンシーラントを塗布して、パイル本体の底部のシールを強化することができます。
IV. 充電パイルプロセス設計の最適化
充電パイルの構造は非常に複雑で、多くの溶接部、中間層があり、一部は半密閉型または全密閉型です。まるで積み木で遊んでいるようなもので、積み木の間には隙間や隠れた場所があり、処理が難しいです。
これらの複雑な構造は、充電パイルの製造に大きな課題をもたらします。特に、静電シールドは、従来の粉体塗装方法（充電パイルに「防錆コート」を施すようなもの）に影響を与えます。静電シールドは、溶接部や中間層に「見えないコート」のように作用し、粉体がこれらの領域に付着するのを防ぎます。その結果、これらの領域は錆びやすく、損傷しやすくなります。
したがって、充電パイルのプロセス設計には細心の注意が必要です。これらの難しい場所にも「防錆コート」を施し、充電パイルの耐久性と安全性を保証する方法を見つけなければなりません。この問題を解決するために、5つのプロセス設計案を提案します。
a. 二層粉体塗装システム。下塗り：50μmエポキシ重防食粉体；上塗り：50μm純ポリエステル耐候性粉体；総厚さ：100μm以上。
b. 電着ベース＋粉体塗装システム。下塗り：電着20～30μm；上塗り：50μm純ポリエステル耐候性粉体；総厚さ：70μm以上。
c. ディップコーティング＋粉体塗装システム。下塗り：水性エポキシ防食プライマー（ディップコーティング）25～30μm；上塗り：50μm純ポリエステル耐候性粉体；総厚さ：80μm以上。d. 電着ベース＋粉体塗装システム。下塗り：電着20～30μm；上塗り：50μm純ポリエステル耐候性粉体；総厚さ：70μm以上。
e. ディップコーティング＋粉体塗装システム。下塗り：水性エポキシ防食プライマー（ディップコーティング）25～30μm；粉体：純ポリエステル耐候性粉体50μm；総厚さ：80μm以上。
充電パイル構造設計の要点
外観デザイン：外観デザインは、ユーザーエクスペリエンスと充電ステーションの受け入れにおいて重要な役割を果たします。優れた外観デザインは、モダンで直感的、人間工学的であり、都市計画や環境美学に沿ったものであるべきです。
構造材料：充電パイルは耐久性と保護性が必要です。通常、耐候性に優れた金属または合金が使用されます。同時に、防水、防塵、耐腐食性の設計も非常に重要です。
充電ソケットはEVの「エネルギー入口」のようなものです。設計者は、その設計中に複数の要因を考慮する必要があります。
まず、ソケットは、日常使いのプラグとソケットが互換性を持つ必要があるのと同様に、「異なる車種の充電インターフェースを認識できる」必要があります。EVには多くの異なるブランドやモデルがあり、その充電インターフェースは異なる場合があります。したがって、この充電ソケットは、CHAdeMO、CCS、Type 2 ACなどの複数の充電規格をサポートする「ユニバーサルソケット」である必要があります。
次に、ソケットはユーザーフレンドリーであるべきです。ソケットの抜き差しが難しい場合、どれほど不便になるかを想像してみてください。設計者は、ソケットが操作しやすいことを確認する必要があります。
最も重要なのは、安全が最優先事項であることです。充電ソケットには、ソケットに「安全ロック」を追加して偶発的なプラグ抜けを防ぐような、セルフロック機能が必要です。また、充電中の予期せぬ事態から保護し、電気的安全を確保するために、「防弾チョッキ」を着用するような安全保護機構を備えている必要があります。
結論として、この充電ソケットはEVの「親密なアシスタント」として機能し、スマートで信頼性が高く、充電プロセスを便利かつ安全にします。
冷却システム：充電中に熱が発生する可能性があるため、機器の安定性と安全性を確保するために効果的な冷却システムを設計する必要があります。これにはファンやヒートシンクなどが含まれる場合があります。
電力分配システム: 充電パイル内部には、複数の充電ポイントが同時に稼働する際の電力供給のバランスを確保し、電力網の過負荷を防ぐための合理的な電力分配システムを設計する必要があります。
安全設計: 充電パイルは、感電防止設計、防火、雷保護など、ユーザーの安全を考慮する必要があります。さらに、充電パイルは、過負荷保護、温度保護、短絡保護などの安全機能も備えている必要があります。
インテリジェント電子システム: 充電パイルのインテリジェンスレベルを向上させるために、ユーザー認証、支払いシステム、リモート監視、障害検出機能を含む高度な電子システムをインストールする必要があります。
ケーブル管理システム：充電パイルのケーブル管理も重要な設計ポイントです。ケーブルの収納、防水、盗難防止、メンテナンスの容易さなどの問題も考慮する必要があります。
メンテナンス性：充電パイルは通常長期間稼働するため、メンテナンスの容易さは重要な設計側面です。モジュール設計とリモート障害監視により、充電パイルのメンテナンス性を向上させることができます。
ここで言う充電パイルは、EVの充電を便利にするだけでなく、「環境に優しい専門家」でもあるべきです。
日常生活で節水・節電を提唱するように、充電パイルもより省エネで環境に優しい設計であるべきです。例えば、一部の省エネ機器を使用して、運転中の消費電力を削減することができます。
さらに、充電パイルの上部にはソーラーパネルを設置することができ、まるで充電パイルに「ソーラーハット」を被せるような形になります。これにより、充電パイルは太陽エネルギーを利用して自己充電できるようになり、石炭や石油などの従来の化石燃料への依存を減らすことができます。
これらの設計は、充電パイルの外観から内部システムに至るまで、慎重に検討する必要があります。これにより、充電パイルは便利な充電サービスを提供するだけでなく、安全で安定した電力の使用を保証し、メンテナンスも容易になります。さらに、その環境への優しさは、私たちの惑星の保護に貢献します。
今後、スマートで環境に優しい充電パイルは、私たちの生活を豊かにするでしょう。
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