防火材料特性
阻燃塑料:許多車充外殼采用阻燃等級較高的塑料。例如,聚碳酸酯(PC)和丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物(ABS)的合金材料,這種合金可以在一定程度上結合 PC 的優異耐熱性和 ABS 的良好加工性能。這些材料中添加了阻燃劑,如溴系阻燃劑、磷系阻燃劑等。溴系阻燃劑在燃燒時可以捕捉燃燒過程中的自由基,從而抑制火焰的蔓延;磷系阻燃劑則主要是通過在材料表面形成一層炭化層,起到隔熱、隔氧的作用,阻止燃燒繼續進行。
陶瓷材料:部分高端車充外殼會使用陶瓷材料。陶瓷具有天然的防火、耐熱性能,其主要成分是無機非金屬氧化物,如氧化鋁、二氧化硅等。這些氧化物在高溫下化學性質穩定,不會燃燒,并且能夠承受較高的溫度。例如,氧化鋁陶瓷的熔點高達 2054℃,可以有效地防止因過熱而引發的火災危險。
金屬材料:金屬合金如鋁合金、鋅合金也是常見的選擇。金屬本身不會燃燒,具有良好的熱傳導性,可以將熱量快速散發出去,從而降低車充內部因過熱而引發火災的風險。鋁合金的熱導率一般在 100 - 250W/(m?K) 之間,能夠有效地將熱量傳遞到周圍環境中。
耐熱材料特性
高溫塑料:對于一些需要在較高溫度環境下工作的車充,會選用耐高溫的塑料。如聚醚醚酮(PEEK),這是一種高性能熱塑性塑料,其玻璃化轉變溫度高達 143℃,熔點為 334℃,可以在高溫環境下保持良好的機械性能和尺寸穩定性。在車充長時間工作產生熱量的情況下,PEEK 材料的外殼不會因為溫度升高而變形,從而保證了車充內部元件的正常工作和安全。
復合材料:采用纖維增強復合材料,如碳纖維增強塑料(CFRP)。碳纖維具有極高的強度和優異的熱穩定性,其拉伸強度可達 3 - 7GPa,并且在高溫下依然能夠保持較高的強度。在復合材料中,碳纖維可以有效地提高材料的耐熱性和機械性能,使車充外殼能夠承受較高的溫度和外部壓力。
二、結構設計
散熱結構設計
散熱鰭片:在車充外殼表面設計散熱鰭片是一種常見的散熱結構。這些散熱鰭片增加了外殼與空氣的接觸面積,通過自然對流的方式將車充內部產生的熱量散發到空氣中。例如,在金屬外殼的車充上,散熱鰭片可以采用鋁合金一體成型工藝,使熱量能夠從車充內部的發熱元件快速傳導到散熱鰭片上,再散發到周圍環境中。散熱鰭片的形狀、尺寸和間距等參數會根據車充的功率、散熱需求等因素進行優化設計。一般來說,散熱鰭片的高度和間距會影響空氣的流動阻力和散熱效率,合理的設計可以使空氣能夠順暢地在鰭片之間流動,帶走熱量。
通風孔設計:車充外殼上設置通風孔可以促進內部空氣的流通。通風孔的位置和大小需要精心設計,既要保證足夠的通風量,又要防止灰塵、水分等雜質進入車充內部。通常,通風孔會設置在車充外殼的側面或底部,以避免在正常使用過程中被異物堵塞。通風孔的大小要根據車充的功率和內部元件的散熱需求來確定,同時還需要考慮電磁兼容性(EMC)等因素,因為通風孔可能會影響車充的電磁屏蔽效果。
隔熱結構設計 雙層結構設計:采用雙層外殼結構,內層和外層之間可以填充隔熱材料,如陶瓷纖維、氣凝膠等。陶瓷纖維具有良好的隔熱性能,其導熱系數一般在 0.03 - 0.15W/(m?K) 之間。氣凝膠是一種具有納米級孔隙結構的材料,其導熱系數極低,可達到 0.013 - 0.024W/(m?K),能夠有效地阻止熱量從車充內部傳遞到外殼表面,減少用戶接觸到高溫外殼的風險。雙層結構還可以起到緩沖作用,提高車充外殼的機械強度和抗沖擊性能。
熱障涂層:在車充外殼內部表面涂覆熱障涂層也是一種隔熱措施。熱障涂層一般是由陶瓷材料制成,如氧化釔穩定的氧化鋯(YSZ)涂層。這種涂層可以反射車充內部產生的熱輻射,減少熱量向外殼表面的傳遞。熱障涂層的厚度通常在幾十微米到幾百微米之間,其隔熱效果隨著涂層厚度的增加而增強,但過厚的涂層可能會影響車充的尺寸和重量等因素,因此需要根據實際情況進行優化。
三、安全認證標準
國際電工委員會(IEC)標準
IEC 62368 - 1:這是目前廣泛應用于包括車充在內的音頻 / 視頻、信息和通信技術設備的安全標準。該標準綜合考慮了能量源、危險的防護等多個方面。在防火、耐熱方面,要求車充外殼材料在規定的溫度和時間條件下,不能產生火焰蔓延、過度變形等情況。例如,在球壓測試中,車充外殼在承受一定壓力的情況下,被加熱到規定溫度(如 125℃),其壓痕直徑不能超過規定值,以確保材料在正常工作溫度和可能出現的異常高溫下不會出現軟化、變形等影響安全的情況。
美國保險商實驗室(UL)標準
UL 2089:這是專門針對車載附件的標準。對于車充外殼的防火性能,UL 標準規定了嚴格的阻燃測試方法。車充外殼材料需要通過垂直燃燒測試,根據材料的燃燒速度、是否有滴落物等情況來判定其阻燃等級。在耐熱性方面,要求車充能夠在一定的溫度范圍內(如 - 40℃至 85℃)正常工作,并且外殼材料在高溫環境下不能釋放出有毒有害氣體,以保障車內人員的安全。
中國國家標準
GB/T 34063 - 2017:規定了車載充電器的通用規范。在防火、耐熱方面,要求車充外殼應具有足夠的防火、耐熱能力,以防止因過熱、燃燒等情況對車輛和人員造成危害。其測試方法包括高溫試驗、燃燒試驗等,與國際標準類似,通過對車充外殼材料的性能測試,確保其符合安全要求。