話說(shuō)大功率充電，說(shuō)起來(lái)有點(diǎn)唬人，其實(shí)無(wú)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(wèn)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(wèn)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(méi)啥問(wèn)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(jiàn)下圖：

125A充電是50平方。。。（說(shuō)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(lái)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(lái)，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(méi)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(lái)幫你抬電纜，這個(gè)方法的缺點(diǎn)不用多說(shuō)了，貴或者笨。第三，就是今天的主題，采用冷卻的方法來(lái)使用小截面電纜來(lái)完成充電。

好了，扯了半天的初中物理，好多人煩了吧，下面來(lái)點(diǎn)干貨。

所謂連接器組件熱管理，就是要通過(guò)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(shuō)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(shuō)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(lái)。這樣一來(lái)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(shuō)一句，文中用的圖，都是從公開(kāi)資料或經(jīng)過(guò)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(lái)，當(dāng)通過(guò)400A電流后，進(jìn)過(guò)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(guò)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(guò)大電流經(jīng)過(guò)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(lái)，看上去問(wèn)題解決了，只要拿測(cè)量溫度加上那個(gè)德?tīng)査痪褪钦鎸?shí)溫度嗎？有這么簡(jiǎn)單嗎？當(dāng)然沒(méi)有。再仔細(xì)看一下上圖，首先有一個(gè)問(wèn)題，在進(jìn)入熱穩(wěn)定前，測(cè)量溫度和實(shí)際溫度沒(méi)有這個(gè)規(guī)律，甚至有一段測(cè)量溫度還會(huì)超過(guò)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(kāi)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?tīng)査@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(wú)所謂，這段時(shí)間是安全的。那問(wèn)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(shuō)清說(shuō)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(guò)程經(jīng)測(cè)試，是非常的不一樣，也就是那個(gè)德?tīng)査耆蜔崞胶鈺r(shí)不一樣了，真實(shí)溫度超過(guò)警戒線90度時(shí)，測(cè)量溫度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)的在后面沒(méi)反應(yīng)過(guò)來(lái)，這時(shí)如果還用測(cè)量溫度加德?tīng)査姆椒ň推鸩坏奖Ｗo(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(méi)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(lái)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(shuō)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(guò)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(guò)程如下，用額定電流，比如400A，經(jīng)過(guò)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(kāi)頭說(shuō)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(guò)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(guò)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。