I. Yêu cầu kỹ thuật đối với trụ sạc

Trụ sạc đóng vai trò như "trạm xăng" cho xe điện. Có ba loại chính: trụ sạc AC, trụ sạc DC và trụ sạc tích hợp AC/DC có khả năng sạc cả AC và DC.

Trụ sạc DC giống như "nhà hàng thức ăn nhanh" trên đường cao tốc. Chúng cung cấp khả năng sạc nhanh, phù hợp để lắp đặt ở những địa điểm như đường cao tốc và các trạm sạc chuyên dụng. Điều này cho phép xe điện "nạp nhiên liệu" nhanh chóng và tiếp tục hành trình.

Các trụ sạc AC giống như "cửa hàng tiện lợi" trong các khu dân cư. Mặc dù tốc độ sạc chậm, nhưng chúng rất tiện lợi. Chúng thường được lắp đặt ở các khu dân cư, bãi đậu xe, chỗ đỗ xe bên đường và khu dịch vụ trên cao tốc, cho phép mọi người sạc xe bất cứ lúc nào và ở bất cứ đâu.

Các trụ sạc hiện đại có khả năng "giao tiếp" và rất thông minh. Tuy nhiên, chúng không giao tiếp ngẫu nhiên; thay vào đó, chúng tuân theo một "giao thức" được gọi là OCPP1.6. "Giao thức" này giống như một "quy tắc ngôn ngữ" chung, cho phép "giao tiếp" liền mạch giữa các trụ sạc, xe điện và hệ thống quản lý trạm sạc.

Giống như chúng ta cần sử dụng ngôn ngữ mà người khác có thể hiểu trong cuộc trò chuyện, các trạm sạc cũng phải giao tiếp theo quy tắc này. Bằng cách này, xe điện có thể xác định lượng sạc phù hợp và hệ thống quản lý trạm sạc có thể giám sát hoạt động của các trạm sạc. Kết quả là, mọi người có thể hợp tác để đảm bảo quá trình sạc an toàn và hiệu quả.

Hơn nữa, "bộ giải mã" này phải đáp ứng các yêu cầu nhất định, chẳng hạn như chống mưa và chống nước để ngăn ngừa trục trặc do điều kiện thời tiết; nó cũng phải đảm bảo an toàn và không bị rò rỉ. Ngoài ra, nó nên có khả năng giao tiếp ổn định để duy trì liên lạc liên tục và tránh "gián đoạn liên lạc".

Tóm lại, các trạm sạc giống như "trạm xăng" cho xe điện. Với "bộ giải mã" này, xe điện có thể sạc tiện lợi và an toàn hơn, cho phép chúng đi được quãng đường xa hơn.

⑴ Nhiệt độ môi trường làm việc: -20℃～+50℃;

⑵ Độ ẩm tương đối: 5%～95%;

⑶ Độ cao: ≤2000m;

⑷ Khả năng chống động đất: tương tự như "thử nghiệm mô phỏng động đất" cho thiết bị.

Hãy tưởng tượng mặt đất dưới chân chúng ta bắt đầu rung chuyển như những con sóng. Sự chuyển động này không ngẫu nhiên, tương tự như một sóng hình sin, với các chuyển động lên xuống xen kẽ.

Có hai loại chuyển động này. Một là lắc lư sang hai bên, giống như những con sóng dịu dàng trên biển, lắc lư theo chiều ngang. Loại kia là chuyển động lên xuống, giống như khi chúng ta lái xe qua gờ giảm tốc, xe nảy lên nảy xuống. Tuy nhiên, biên độ của chuyển động này lớn hơn nhiều so với những gì chúng ta thường gặp.

Trong quá trình lắc ngang, nó tương đương với việc cộng thêm gia tốc 0,3g vào mặt đất, trong đó "g" đại diện cho gia tốc trọng trường mà chúng ta thường cảm nhận trên Trái đất. Trong quá trình di chuyển lên xuống, nó giống như cộng thêm gia tốc 0,15g vào mặt đất.

Hơn nữa, "cơn động đất" này không xảy ra một lần, mà xảy ra ba lần liên tiếp. Mỗi lần xảy ra, nó di chuyển theo một cách đều đặn như sóng hình sin.

Thí nghiệm này được sử dụng để mô phỏng một trận động đất nhằm kiểm tra xem thiết bị có thể chịu được tác động của động đất mà không bị hỏng hay không.

Cuối cùng, thiết bị phải hoạt động tốt trong "thử nghiệm mô phỏng động đất" này, nghĩa là nó phải chịu được "rung lắc" như vậy và có công suất dự phòng. Chúng tôi sử dụng một con số để biểu thị công suất dự phòng này, tức là hệ số an toàn phải lớn hơn 1,67.

Nói một cách đơn giản, thiết bị phải đủ chắc chắn để đảm bảo an toàn trong "động đất" và không bị hư hại.

⑴ Mức độ bảo vệ của vỏ trụ sạc nên đạt: IP32 cho sử dụng trong nhà và IP54 cho sử dụng ngoài trời. Ngoài ra, cần lắp đặt các thiết bị bảo vệ cần thiết khỏi mưa và nắng.

⑵ Yêu cầu ba chống (chống ẩm, chống mốc và chống ăn mòn muối): Các bảng mạch in, đầu nối và các bộ phận mạch khác trong bộ sạc phải được bảo vệ chống ẩm, chống mốc và chống ăn mòn muối, để bộ sạc có thể hoạt động bình thường trong môi trường ngoài trời ẩm ướt và có muối.

⑶ Chống gỉ (chống oxy hóa): Vỏ bằng sắt của trụ sạc và các giá đỡ, bộ phận bằng sắt lộ ra ngoài phải áp dụng các biện pháp chống gỉ hai lớp. Vỏ kim loại không phải sắt cũng nên được trang bị màng bảo vệ chống oxy hóa hoặc được xử lý chống oxy hóa.

⑷ Vỏ trụ sạc phải có khả năng chịu được bài kiểm tra cường độ va đập được quy định trong 8.2.10 của GB 7251.3-2005.

II. Đặc điểm cấu trúc vỏ trụ sạc bằng tôn

Trụ sạc thường bao gồm thân trụ, ổ cắm sạc, thiết bị điều khiển bảo vệ, thiết bị đo lường, thiết bị quẹt thẻ, giao diện tương tác người-máy, v.v., như thể hiện trong hình dưới đây.

Thân vỏ trụ sạc được làm từ thép tấm cacbon thấp có độ dày khoảng 1.5mm. Quy trình sản xuất bao gồm đột, uốn và hàn các chi tiết vỏ. Một số trụ sạc áp dụng thiết kế cấu trúc hai lớp để đáp ứng yêu cầu bảo vệ ngoài trời và cách nhiệt. Hình dáng tổng thể của sản phẩm chủ yếu là hình chữ nhật, khung được hàn liền khối. Các bề mặt cong bo tròn được thêm vào ở một số khu vực để tăng tính thẩm mỹ. Để đảm bảo độ bền tổng thể của trụ sạc, thông thường sẽ được hàn thêm các gân gia cường hoặc tấm gia cường.

Bề mặt ngoài của thân trụ thường được bố trí đèn báo, nút bấm, giao diện sạc và lỗ tản nhiệt, v.v. Cửa sau hoặc cạnh bên được trang bị khóa chống trộm, và thân trụ được cố định vào đế lắp đặt bằng bu lông neo.

Bu lông, đai ốc thường được làm bằng thép mạ kẽm điện phân hoặc thép không gỉ. Để đảm bảo thân trụ sạc có khả năng chống ăn mòn nhất định, trụ sạc thường được sơn tĩnh điện ngoài trời hoặc sơn ngoài trời để đảm bảo tuổi thọ.

III. Thiết kế chống ăn mòn cho thân trụ sạc kết cấu kim loại tấm

⑴ Cấu trúc thân trụ sạc không được có các góc sắc nhọn.

⑵ Khuyến nghị đỉnh nắp trụ sạc có độ dốc hơn 5° để tránh đọng nước trên đỉnh.

⑶ Các sản phẩm tương đối kín sử dụng máy hút ẩm để làm khô, tránh hiện tượng ngưng tụ. Đối với các sản phẩm có nhu cầu tản nhiệt và lỗ tản nhiệt, nên sử dụng bộ điều khiển độ ẩm + bộ gia nhiệt để làm khô, tránh hiện tượng ngưng tụ.

⑷ Sau khi hàn tấm kim loại, cần xem xét đầy đủ môi trường ngoài trời, hàn kín các mối hàn bên ngoài để đáp ứng tiêu chuẩn chống nước IP54.

⑸ Đối với các kết cấu hàn kín như gia cố cánh cửa, việc phun sơn không được lọt vào bên trong kết cấu kín. Nên cải tiến thiết kế bằng cách lắp ráp sau khi phun sơn, hoặc hàn bằng tấm mạ kẽm, hoặc điện di sau khi hàn rồi mới phun sơn.

⑹ Các kết cấu hàn nên tránh các khe hở hẹp và không gian hẹp mà súng phun sơn không thể tiếp cận.

⑺ Các lỗ tản nhiệt nên được thiết kế thành các bộ phận càng nhiều càng tốt để tránh các mối hàn và lớp xen kẽ hẹp.

⑻ Các thanh khóa, bản lề, v.v. đặt hàng bên ngoài nên sử dụng thép không gỉ 304 càng nhiều càng tốt, và thời gian chống ăn mòn phun muối trung tính theo GB 2423.17 không được dưới 96 giờ.

⑼ Phương pháp cố định bảng tên được thay đổi thành đinh tán rút lõi chống nước hoặc dán keo. Phải xử lý chống nước khi yêu cầu sử dụng vít.

⑽ Tất cả các bộ phận cố định nên được mạ hợp kim kẽm-niken hoặc xử lý bằng thép không gỉ 304. Các bộ phận cố định bằng hợp kim kẽm-niken phải đáp ứng thử nghiệm phun muối trung tính trong 96 giờ mà không bị gỉ trắng. Tất cả các bộ phận cố định lộ ra ngoài phải được làm bằng thép không gỉ 304.

⑾ Các bộ phận cố định bằng hợp kim kẽm-niken nên tránh sử dụng kết hợp với thép không gỉ.

⑿ Các lỗ neo lắp đặt của trụ sạc cần được xử lý trước, không được khoan lỗ sau khi đặt trụ sạc. Các lỗ vào ở đáy trụ sạc cần được bịt kín bằng bùn chống cháy để ngăn hơi nước bề mặt xâm nhập vào thân trụ từ các lỗ vào. Sau khi lắp đặt, có thể bôi keo silicone giữa thân trụ và bệ lắp đặt bằng xi măng để tăng cường khả năng chống thấm đáy của thân trụ.

IV. Tối ưu hóa thiết kế quy trình trụ sạc

Cấu trúc của trụ sạc khá phức tạp, có nhiều mối hàn, lớp xen kẽ, và một số là bán kín hoặc kín hoàn toàn. Nó giống như chơi xếp hình. Có những khoảng trống hoặc vị trí ẩn giữa các khối, rất khó xử lý.

Những cấu trúc phức tạp này đặt ra những thách thức đáng kể cho việc sản xuất trụ sạc. Đặc biệt, hiệu ứng che chắn tĩnh điện ảnh hưởng đến phương pháp sơn bột truyền thống (giống như phủ một "lớp chống gỉ" lên trụ sạc). Hiệu ứng che chắn tĩnh điện giống như một "lớp áo vô hình" trên các mối hàn và lớp xen kẽ, ngăn bột sơn bám vào những khu vực này. Kết quả là, những khu vực này dễ bị gỉ sét và hư hỏng.

Do đó, thiết kế quy trình cho trụ sạc đòi hỏi sự cẩn trọng cao độ. Chúng ta phải tìm cách để những vị trí khó này cũng được "mặc áo chống gỉ" để đảm bảo độ bền và an toàn cho trụ sạc. Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi đề xuất 5 phương án thiết kế quy trình:

a. Hệ thống sơn tĩnh điện hai lớp. Lớp lót: bột epoxy chống ăn mòn nặng 50μm; lớp phủ: bột polyester nguyên chất chống chịu thời tiết 50μm; tổng độ dày: không dưới 100μm.

b. Hệ thống sơn tĩnh điện gốc điện di + sơn bột. Lớp lót: điện di 20-30μm; lớp phủ: bột polyester nguyên chất chống chịu thời tiết 50μm; tổng độ dày: không dưới 70μm.

c. Hệ thống sơn nhúng + sơn bột. Lớp lót: sơn lót epoxy gốc nước chống ăn mòn (sơn nhúng) 25-30μm; lớp phủ: bột polyester nguyên chất chống chịu thời tiết 50μm; tổng độ dày: không dưới 80μm. d. Hệ thống sơn tĩnh điện gốc điện di + sơn bột. Lớp lót: điện di 20-30μm; lớp phủ: bột polyester nguyên chất chống chịu thời tiết 50μm; tổng độ dày: không dưới 70μm.

e. Hệ thống sơn nhúng + sơn bột. Lớp lót: sơn lót epoxy gốc nước chống ăn mòn (sơn nhúng) 25-30μm; lớp phủ: bột polyester nguyên chất chống chịu thời tiết 50μm; tổng độ dày: không dưới 80μm.

Các điểm chính của thiết kế kết cấu trụ sạc

Thiết kế ngoại hình: Thiết kế ngoại hình đóng vai trò quan trọng trong trải nghiệm người dùng và sự chấp nhận của các trạm sạc. Một thiết kế ngoại hình tốt nên hiện đại, trực quan, tiện dụng và phù hợp với quy hoạch đô thị cũng như thẩm mỹ môi trường.

Vật liệu kết cấu: Trụ sạc cần bền và có khả năng bảo vệ. Kim loại hoặc hợp kim có khả năng chống chịu thời tiết tốt thường được sử dụng. Đồng thời, thiết kế chống nước, chống bụi và chống ăn mòn cũng rất quan trọng.

Ổ cắm sạc giống như "cổng năng lượng" của xe điện. Các nhà thiết kế phải xem xét nhiều yếu tố trong quá trình thiết kế.

Đầu tiên, ổ cắm phải có khả năng "nhận diện" giao diện sạc của các mẫu xe khác nhau, giống như cách phích cắm và ổ cắm trong sử dụng hàng ngày cần tương thích. Có rất nhiều thương hiệu và mẫu xe điện khác nhau, và giao diện sạc của chúng có thể khác nhau. Do đó, ổ cắm sạc này phải là "ổ cắm đa năng" hỗ trợ nhiều tiêu chuẩn sạc, chẳng hạn như CHAdeMO, CCS, Type 2 AC, v.v.

Thứ hai, ổ cắm nên thân thiện với người dùng. Hãy tưởng tượng sẽ bất tiện như thế nào nếu ổ cắm khó cắm vào hoặc rút ra. Các nhà thiết kế phải đảm bảo rằng ổ cắm dễ thao tác.

Quan trọng nhất, an toàn là ưu tiên hàng đầu. Ổ cắm sạc phải có chức năng tự khóa, giống như thêm một "khóa an toàn" vào ổ cắm để ngăn ngừa việc rút phích cắm ngoài ý muốn. Nó cũng nên được trang bị cơ chế bảo vệ an toàn, tương tự như mặc một "áo giáp chống đạn" để bảo vệ khỏi mọi tình huống bất ngờ trong quá trình sạc và đảm bảo an toàn điện.

Tóm lại, ổ cắm sạc này hoạt động như một "trợ lý thân thiết" cho xe điện, thông minh và đáng tin cậy để quá trình sạc diễn ra thuận tiện và an toàn.

Hệ thống làm mát: Nhiệt có thể sinh ra trong quá trình sạc, vì vậy cần thiết kế hệ thống làm mát hiệu quả để đảm bảo sự ổn định và an toàn cho thiết bị. Điều này có thể bao gồm quạt, tản nhiệt, v.v.

Hệ thống phân phối điện: Cần thiết kế một hệ thống phân phối điện hợp lý bên trong trụ sạc để đảm bảo cung cấp điện cân bằng khi nhiều điểm sạc hoạt động đồng thời và ngăn ngừa quá tải lưới điện.

Thiết kế an toàn: Trụ sạc cần xem xét đến sự an toàn của người dùng, bao gồm thiết kế chống điện giật, an toàn cháy nổ, chống sét. Ngoài ra, trụ sạc cũng nên có các chức năng an toàn như bảo vệ quá tải, bảo vệ quá nhiệt và bảo vệ ngắn mạch.

Hệ thống điện tử thông minh: Để nâng cao mức độ thông minh của trụ sạc, cần lắp đặt các hệ thống điện tử tiên tiến, bao gồm nhận dạng người dùng, hệ thống thanh toán, giám sát từ xa và chức năng phát hiện lỗi.

Hệ thống quản lý cáp: Việc quản lý cáp của trụ sạc cũng là một điểm thiết kế quan trọng. Cần xem xét các vấn đề như lưu trữ cáp, chống thấm nước, chống trộm và dễ bảo trì.

Khả năng bảo trì: Do trụ sạc thường hoạt động trong thời gian dài, việc dễ dàng bảo trì là một khía cạnh thiết kế quan trọng. Thiết kế dạng mô-đun và giám sát lỗi từ xa có thể cải thiện khả năng bảo trì của trụ sạc.

Các trụ sạc mà chúng ta đang nói đến bây giờ không chỉ nên thuận tiện cho chúng ta sạc xe điện mà còn phải là "chuyên gia thân thiện với môi trường".

Giống như chúng ta ủng hộ tiết kiệm nước và điện trong cuộc sống hàng ngày, các trụ sạc cũng nên được thiết kế tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường hơn. Ví dụ, một số thiết bị tiết kiệm năng lượng có thể được sử dụng để giảm tiêu thụ điện năng trong quá trình hoạt động.

Ngoài ra, các tấm pin mặt trời có thể được lắp đặt trên đỉnh của trụ sạc, giống như đội một chiếc "mũ mặt trời" cho nó. Điều này cho phép trụ sạc sử dụng năng lượng mặt trời để tự sạc, giảm sự phụ thuộc vào các nhiên liệu hóa thạch truyền thống như than đá và dầu mỏ.

Những thiết kế này cần được xem xét cẩn thận từ hình thức bên ngoài đến hệ thống bên trong của trụ sạc. Bằng cách này, trụ sạc không chỉ cung cấp dịch vụ sạc tiện lợi mà còn đảm bảo việc sử dụng điện an toàn và ổn định của chúng ta, đồng thời dễ dàng bảo trì. Hơn nữa, tính thân thiện với môi trường của nó đóng góp vào việc bảo vệ hành tinh của chúng ta.

Nhìn về phía trước, các trụ sạc vừa thông minh vừa thân thiện với môi trường sẽ nâng cao chất lượng cuộc sống của chúng ta.