• Modułowa konstrukcja bazująca na dedykowanych rozwiązaniach materiałowych
• Nacisk na własności materiałów i optymalizację kosztów
• Bezśrubowy montaż za pomocą zintegrowanych zacisków
• Minimalna liczba komponentów
• Duża swoboda wyboru uszczelnienia

Kolonia – Boom na pojazdy elektryczne powoduje gwałtowny wzrost popytu na tworzywa sztuczne stosowane w infrastrukturze ładowania. LANXESS uważa, że obszar ten oferuje wiele możliwości wykorzystania poliamidów Durethan i poliestrów Pocan. Możliwości oferowane przez te związki termoplastyczne zostały zademonstrowane w opracowanym przez LANXESS koncepcyjnym projekcie gniazd ładowania. Gniazda te montowane są w akumulatorowych pojazdach elektrycznych i mieszczą złącze ładowania zewnętrznej stacji ładującej.

Widok ogólny gniazda ładowania.
Zostało zaprojektowane tak, aby umożliwić ładowanie akumulatora pojazdu zarówno prądem stałym, jak i zmiennym.
Fot. LANXESS

– Nasze podejście polega na wykorzystaniu konfiguracji modułowej, pozwalające stosować właściwe materiały we właściwym miejscu, co z kolei pozwala z maksymalną precyzją spełniać skomplikowane wymagania dotyczące różnych komponentów – wyjaśnia Gregor Jaschkewitz, projektant aplikacji w dziale High Performance Materials (HPM), który opracował projekt. – Jednocześnie przewidziano wysoki poziom integracji funkcjonalnej w celu maksymalnego ułatwienia montażu urządzenia, co oznacza brak zastosowania śrub, a także minimalną liczbę komponentów w celu utrzymania niskich kosztów – dodaje Gregor Jaschkewitz.

Transfer wiedzy z projektów

Projekt powstawał w kooperacyjnym dialogu z producentami układów ładowania i wykorzystuje doświadczenie, które LANXESS zgromadził już, uczestnicząc w licznych projektach rozwoju infrastruktury ładowania.

– Oznacza to na przykład, że projekt wychodzi naprzeciw życzeniu wyrażanemu przez wielu producentów, by zostawić im jak największą swobodę w zakresie uszczelnienia gniazda – mówi Gregor Jaschkewitz. Można więc stosować O-ringi, sznury lub pierścienie uszczelniające, jak również uszczelki wargowe wytwarzane w procesie dwuskładnikowego formowania wtryskowego.

Zintegrowane zarządzanie termiczne

Kluczowymi elementami konstrukcji portu ładowania są przednia i tylna obudowa, złącze wtyczki stacji ładowania oraz siłownik. Ten ostatni blokuje wtyczkę w gnieździe, by zapobiec przypadkowemu lub celo-wemu wyrwaniu jej w trakcie ładowania. Kolejnym istotnym elementem jest uchwyt styków. Utrzymuje on w miejscu metalowe styki złącza, a także płytkę drukowaną (PCB) z kablami do ładowania prądem stałym lub zmiennym. Szczególną uwagę zwracano na konstrukcję uchwytu styków. Pozwala on ułożyć kable w taki sposób, by ciepło powstające podczas ładowania było rozpraszane nie tylko przez aktywne kable, ale również przez te nieaktywne.

– Oznacza to, że uchwyt styków wspiera zarządzanie termiczne, a tym samym ułatwia szybkie ładowanie wysokimi prądami – mówi Gregor Jaschkewitz.

Po umieszczeniu kabli i kołków stykowych w uchwycie oraz wpięciu płytki drukowanej wszystkie elementy portu ładowania są łączone za pomocą pasowań zatrzaskowych. Kable są mocowane z minimalnym naprężeniem, by nie mogło dojść do ich odłączenia się w obudowie.

– Łączenie elementów bez użycia śrub upraszcza proces montażu i związaną z nim logistykę, co z kolei obniża koszty produkcji – wyjaśnia Gregor Jaschkewitz.

Koncepcja zakłada modułową konstrukcję wlotu ładowania. Po umieszczeniu kabli i kołków stykowych w uchwycie oraz wpięciu płytki drukowanej wszystkie elementy portu ładowania są łączone za pomocą pasowań zatrzaskowych.
Fot. LANXESS

Spełnione wysokie wymagania wobec materiałów

Tworzywa sztuczne stosowane w portach ładowania muszą być zgodne z normą IEC 62196-1 i zapewniać wysoką rezystancję izolacji, a także wysoką wytrzymałość dielektryczną oraz rezystancję śledzenia. Kluczowe są również dobre właściwości ognioodporne. Części mające bezpośredni kontakt z komponentami pod napięciem muszą przejść test rozżarzonego drutu dla produktu końcowego (GWEPT) zgodnie z normą IEC 60695-2-11 przy temperaturze zapłonu rozżarzonego drutu wynoszącej 850 °C. Po siedmiodniowym przechowywaniu w temperaturze 80 °C elementy z tworzywa sztucznego nie mogą wykazywać żadnych zmian powierzchniowych – takich jak pęknięcia – spowodowanych starzeniem. Wymagane są również wysokiej klasy właściwości mechaniczne (np. dobra wytrzymałość), by port ładowania nie był podatny na uderzenia lub akty wandalizmu.

– Nasze rozwiązania materiałowe obejmują związki, które są idealnie dopasowane do takiego zestawu wymagań. W niektórych przypadkach dostępne są również ich wersje opracowane specjalnie dla pojazdów elektrycznych – opowiada Sarah Luers, projektantka aplikacji w HPM. – Kategoria ta obejmuje na przykład produkty o wysokiej odporności na warunki atmosferyczne i promieniowanie UV przeznaczone do produkcji obudów, a także materiały wykazujące niską kurczliwość i odkształcalność na potrzeby komponentów, które muszą być szczególnie stabilne wymiarowo. Termoprzewodzące związki poliamidu 6 o dobrych właściwościach mechanicznych przeznaczone są do stosowania w uchwycie styków, który podlega dużym obciążeniom termicznym. W kategorii tej mieszczą się również typy produktów, które przeszły zalecany przez Underwriters Laboratories test palności UL 94 z oceną V-0.

Wsparcie w zakresie projektowania komponentów

LANXESS wspiera producentów układów ładowania szeroką gamą usług za pośrednictwem swojej marki usługowej HiAnt. Przkładowo, na zlecenie partnerów projektu oblicza i symuluje, w jaki sposób geometria i materiał komponentu wpłyną na wytwarzanie ciepła w komponencie. Inne usługi obejmują wykonywanie zgodnie z normami kluczowych testów palności oraz przeprowadzanie testów mechanicznych, takich jak na przykład test spadającej kuli.

Konstrukcja wtyczki ładowania – w trakcie opracowywania

LANXESS analizuje obecnie możliwość zastosowania tej nowej konstrukcji w innych elementach infrastruktury ładowania, takich jak wtyczki ładowania. W znacznym stopniu można tam wykorzystać wiedzę projektową i materiałową zdobytą podczas prac nad gniazdami ładowania pojazdów, ponieważ wymagania są bardzo podobne.