話說大功率充電，說起來有點(diǎn)唬人，其實(shí)無論是車端還是樁端，就兩點(diǎn)一句話，在合理成本的條件下，解決大功率引發(fā)的安全和熱管理問題。今天主要談的就是其中最引人關(guān)注的連接器組件熱管理問題。
啥是連接器組件？顧名思義，就是充電槍加充電電纜這一嘟嚕東西，老外管這個(gè)叫cable assembly。咱中國(guó)人看東西的關(guān)注點(diǎn)可能和老外不大一樣，他們看長(zhǎng)的，咱們盯大的，呵呵，所以我們叫連接器組件。這玩意兒有啥特殊的？因?yàn)槌潆姇r(shí)，人要拿著的就是這個(gè)連接器組件。小功率的時(shí)候沒啥問題，大功率時(shí)如果不采取任何措施，這個(gè)組件會(huì)變得又笨又重。見下圖：
125A充電是50平方。。。（說起這個(gè)多少平方，有一個(gè)文科生小編，愣是把偶的一次講座，給寫成50平方米，引起很多人鄙視偶的智商）。。。的線一米0.6公斤，這樣幾米的電纜加上槍頭一般人還是拎的起來的。但是如果大功率充電時(shí)，電流到了400A，根據(jù)中學(xué)物理告訴我們?cè)谕瑯拥碾娮瑁ㄒ簿褪峭瑯与娎|截面）情況下發(fā)熱量大了十倍，此時(shí)為了不讓電纜燒起來，最直接的做法就是增加導(dǎo)線的截面到150平方，但是，這個(gè)時(shí)候的連接器組件的重量也增加到快3倍，力氣小一點(diǎn)的已經(jīng)拎不動(dòng)了，而且這么大的電纜也很難彎曲了，沒法操作呀。
所以要想用大功率充電，也就以下幾個(gè)辦法了：一是提高電壓，保持電流不增加，但是這個(gè)只能在一定的范圍內(nèi)做，而且牽涉到汽車平臺(tái)的重大修改，同時(shí)還有很多安全隱患。二是采用大電纜，讓一個(gè)機(jī)器人或者機(jī)械裝置來幫你抬電纜，這個(gè)方法的缺點(diǎn)不用多說了，貴或者笨。第三，就是今天的主題，采用冷卻的方法來使用小截面電纜來完成充電。
好了，扯了半天的初中物理，好多人煩了吧，下面來點(diǎn)干貨。
所謂連接器組件熱管理，就是要通過各種方法。。。啥方法？加大冷卻，控制充電電流，切斷電源等等，以后有空再仔細(xì)說這個(gè)。。。控制連接器組件的溫度在安全溫度范圍內(nèi)，這個(gè)安全控制目標(biāo)溫度，根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）大佬們的研究是攝氏90度。。。記住這個(gè)值，以后會(huì)多次用到。。。也就是說在這個(gè)溫度范圍內(nèi)保證各種普通材料做成的連接器長(zhǎng)時(shí)間工作不會(huì)發(fā)生任何結(jié)構(gòu)性損毀或嚴(yán)重影響使用壽命。
為了控制連接器組件的溫度，首要的一點(diǎn)是要找到最熱的地方并對(duì)其溫度進(jìn)行監(jiān)控。國(guó)內(nèi)外的磚家們都做了一些測(cè)試，得到了一些類似的結(jié)論。
上圖是一個(gè)連接器的幾個(gè)部分，經(jīng)測(cè)試，溫度最高的部分是壓接區(qū)和接觸區(qū)，其中接觸區(qū)是最容易出現(xiàn)意外的地方，比如連接器插拔次數(shù)到了一定程度、環(huán)境里灰塵進(jìn)入等原因和造成接觸電阻突然增加，該區(qū)溫度就會(huì)異常上升。因此這一點(diǎn)的溫度是作為連接器組件熱管理系統(tǒng)最需要關(guān)注的溫度點(diǎn)。
那怎么才能測(cè)量接觸區(qū)的溫度呢？當(dāng)然，馬上就能想到一個(gè)辦法，在接觸面上裝個(gè)溫度傳感器唄，可是。。。儂要曉得。。。是木辦法直接裝在接觸面上的，為啥捏？因?yàn)閷?shí)際使用的時(shí)候，這個(gè)連接器上有幾百伏的直流電勢(shì)，如果把溫度傳感器直接貼在接觸面上，一方面幾乎不可能直接安裝，另一方面，如果不采取隔離措施，這個(gè)電勢(shì)很可能會(huì)竄入測(cè)量回路燒壞整個(gè)電路，甚至引發(fā)事故。因此，必須距離金屬接觸面一定距離或者用絕緣物質(zhì)包裹起來。這樣一來雖然安全了，但測(cè)出的溫度和真實(shí)的溫度就因?yàn)橛羞@么一點(diǎn)距離或者絕緣材料，不一樣了。
看一下上圖，這是一張德國(guó)人做的做的某連接器的溫度測(cè)量曲線（順便說一句，文中用的圖，都是從公開資料或經(jīng)過本人同意允許使用的圖，不算盜版哈）。這張圖中，T Reference 是指的接觸面實(shí)際的溫度，下稱實(shí)際溫度，T Connector是指的連接器上溫度傳感器給出的溫度，下稱測(cè)量溫度。可以看出來，當(dāng)通過400A電流后，進(jìn)過大約54分鐘，溫度進(jìn)入了穩(wěn)定區(qū)，大約為70度出頭，此時(shí)那個(gè)安裝有一點(diǎn)距離的連接器給出的溫度是大約67度左右，和真實(shí)溫度大約一直有3.7度左右的差距。
經(jīng)過多次試驗(yàn)都有類似的結(jié)論，可以得出這么一個(gè)結(jié)論。當(dāng)通過大電流經(jīng)過一定的時(shí)間進(jìn)入熱平衡時(shí)，實(shí)際溫度和測(cè)量溫度的差值基本是一個(gè)固定值。這樣一來，看上去問題解決了，只要拿測(cè)量溫度加上那個(gè)德爾塔不就是真實(shí)溫度嗎？有這么簡(jiǎn)單嗎？當(dāng)然沒有。再仔細(xì)看一下上圖，首先有一個(gè)問題，在進(jìn)入熱穩(wěn)定前，測(cè)量溫度和實(shí)際溫度沒有這個(gè)規(guī)律，甚至有一段測(cè)量溫度還會(huì)超過實(shí)際溫度，這是因?yàn)檫@個(gè)測(cè)試中的電纜側(cè)有一個(gè)熱源，在開始時(shí)影響了裝在連接器中的熱敏元件。慢慢隨著接觸區(qū)發(fā)熱量的累計(jì)直到接近熱平衡時(shí)這兩根曲線才會(huì)有基本恒定的差值。這一段的溫度是不能用測(cè)量溫度加德爾塔獲得真實(shí)溫度的。但是請(qǐng)記住我們的控制目標(biāo)是攝氏90度，這一段雖然測(cè)不準(zhǔn)，但因?yàn)檫h(yuǎn)遠(yuǎn)低于我們的控制目標(biāo)溫度，所以其實(shí)無所謂，這段時(shí)間是安全的。那問題在哪里呢？請(qǐng)看下圖：
當(dāng)由于某種原因，比如冷卻系統(tǒng)故障，接觸面電阻突然變大，或者其他任何想到想不到說清說不清的原因造成連接器組件工作異常，就會(huì)表現(xiàn)為原本的熱平衡被破壞了，此時(shí)溫度會(huì)根據(jù)故障的嚴(yán)重程度突然上升。此時(shí)很不幸，這個(gè)上升的過程經(jīng)測(cè)試，是非常的不一樣，也就是那個(gè)德爾塔完全和熱平衡時(shí)不一樣了，真實(shí)溫度超過警戒線90度時(shí)，測(cè)量溫度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)的在后面沒反應(yīng)過來，這時(shí)如果還用測(cè)量溫度加德爾塔的方法就起不到保護(hù)作用了。咋辦捏？仔細(xì)看一下圖：
經(jīng)多國(guó)老外們測(cè)試（咱們現(xiàn)在也在測(cè)試，但由于搭一套實(shí)驗(yàn)環(huán)境不容易啊，現(xiàn)在還沒結(jié)果）。當(dāng)真實(shí)溫度發(fā)生突變時(shí)，幾乎同時(shí)測(cè)量溫度也在突變，只是斜率可能會(huì)小于真實(shí)溫度的變化斜率，但肯定高于熱穩(wěn)定時(shí)的斜率了。所以這個(gè)時(shí)候計(jì)算一下測(cè)量溫度的上升速度，也就是斜率，就可以判斷是否出現(xiàn)了異常情況，從而采取合適的措施，控制熱平衡。
上面大致分析了一下連接器組件熱管理的基本原理，那么怎么測(cè)試呢，從IEC那里拿來一點(diǎn)參考。
上圖是IEC提出的用以測(cè)量充電插頭的測(cè)試裝置。大家知道，由于中國(guó)的直流連接器的公母和歐美日標(biāo)準(zhǔn)是相反的（原因有夠?qū)懸黄獋髌媸返牧耍裉炀筒欢嗾f了）。所以可以大致可以認(rèn)為這個(gè)測(cè)試裝置能測(cè)試咱們的車輛插座。
看一下圖，關(guān)鍵有兩點(diǎn)，第一是直埋的溫度傳感器，注意由于這是實(shí)驗(yàn)電路，只是用于通過模擬大電流測(cè)量溫度反應(yīng)，一般電壓只需3，4V所以此時(shí)作為測(cè)量的溫度傳感器是可以緊緊貼在銅導(dǎo)體上，因此測(cè)到真實(shí)溫度是準(zhǔn)確的。第二是那個(gè)HEATING UNIT，就是一個(gè)加熱塊，是用于模擬連接器故障的。大致實(shí)驗(yàn)過程如下，用額定電流，比如400A，經(jīng)過一段時(shí)間后進(jìn)入熱穩(wěn)定，調(diào)整加熱塊模擬事故溫度破壞熱平衡。當(dāng)真實(shí)溫度達(dá)到90度時(shí)，監(jiān)測(cè)測(cè)量溫度是否給出了正確的特性，或者如果是測(cè)量系統(tǒng)則看系統(tǒng)是否有正確的反應(yīng)，比如切斷了充電電流。
總結(jié)：
1. 今天只是大功率系列的技術(shù)開頭說了一下連接器組件的熱管理原理，一點(diǎn)點(diǎn)東西。
2. 熱管理的原則不是精確控制溫度，而是要在任何情況下避免系統(tǒng)超過控制目標(biāo)溫度90度。
3. 設(shè)計(jì)連接器組件的第一步是要設(shè)計(jì)一個(gè)能在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工作環(huán)境下，能夠達(dá)到熱穩(wěn)定溫度，且這個(gè)熱穩(wěn)定溫度值要小于90度，小多少？是由系統(tǒng)的控制速度決定的，如果速度快，這個(gè)溫度可以比較接近控制目標(biāo)溫度。否則必須有足夠的差值，保證系統(tǒng)能在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)做出正確的反應(yīng)，從而保證不超過控制目標(biāo)溫度。
4. 第二步連接器廠家要保證能夠在發(fā)生溫度突變時(shí)能夠正確地給出特性曲線，這個(gè)曲線包括前面的熱穩(wěn)定曲線都是提供給充電機(jī)廠家設(shè)計(jì)的重要文件。
5. 連接器組件廠家的設(shè)計(jì)需要考慮溫度傳感器安裝位置，并且保證一批產(chǎn)品的一致性和在全設(shè)計(jì)壽命內(nèi)的有效性。因?yàn)槟阋慌a(chǎn)品只能提供一個(gè)特性曲線給充電機(jī)廠家，而且要用很久，歷經(jīng)碾壓、跌落、碰撞、風(fēng)吹雨打，不會(huì)改變那根特性曲線。
6. 以后大功率的熱管理算法會(huì)是一個(gè)十分復(fù)雜的東西，不是今天寫的這么一點(diǎn)點(diǎn)，很多東西需要大量的實(shí)驗(yàn)才能得出。
7. 再次申明，寫的東西只是一個(gè)很初步的原理，而且只涉及到樁端的一些處理方法，車端是否有冷卻系統(tǒng)，如何判斷溫度，可以參考，但不一定完全一樣。
