防火材料特性
阻燃塑料:许多车充外壳采用阻燃等级较高的塑料。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,这种合金可以在一定程度上结合 PC 的优异耐热性和 ABS 的良好加工性能。这些材料中添加了阻燃剂,如溴系阻燃剂、磷系阻燃剂等。溴系阻燃剂在燃烧时可以捕捉燃烧过程中的自由基,从而抑制火焰的蔓延;磷系阻燃剂则主要是通过在材料表面形成一层炭化层,起到隔热、隔氧的作用,阻止燃烧继续进行。
陶瓷材料:部分高端车充外壳会使用陶瓷材料。陶瓷具有天然的防火、耐热性能,其主要成分是无机非金属氧化物,如氧化铝、二氧化硅等。这些氧化物在高温下化学性质稳定,不会燃烧,并且能够承受较高的温度。例如,氧化铝陶瓷的熔点高达 2054℃,可以有效地防止因过热而引发的火灾危险。
金属材料:金属合金如铝合金、锌合金也是常见的选择。金属本身不会燃烧,具有良好的热传导性,可以将热量快速散发出去,从而降低车充内部因过热而引发火灾的风险。铝合金的热导率一般在 100 - 250W/(m・K) 之间,能够有效地将热量传递到周围环境中。
耐热材料特性
高温塑料:对于一些需要在较高温度环境下工作的车充,会选用耐高温的塑料。如聚醚醚酮(PEEK),这是一种高性能热塑性塑料,其玻璃化转变温度高达 143℃,熔点为 334℃,可以在高温环境下保持良好的机械性能和尺寸稳定性。在车充长时间工作产生热量的情况下,PEEK 材料的外壳不会因为温度升高而变形,从而保证了车充内部元件的正常工作和安全。
复合材料:采用纤维增强复合材料,如碳纤维增强塑料(CFRP)。碳纤维具有极高的强度和优异的热稳定性,其拉伸强度可达 3 - 7GPa,并且在高温下依然能够保持较高的强度。在复合材料中,碳纤维可以有效地提高材料的耐热性和机械性能,使车充外壳能够承受较高的温度和外部压力。
二、结构设计
散热结构设计
散热鳍片:在车充外壳表面设计散热鳍片是一种常见的散热结构。这些散热鳍片增加了外壳与空气的接触面积,通过自然对流的方式将车充内部产生的热量散发到空气中。例如,在金属外壳的车充上,散热鳍片可以采用铝合金一体成型工艺,使热量能够从车充内部的发热元件快速传导到散热鳍片上,再散发到周围环境中。散热鳍片的形状、尺寸和间距等参数会根据车充的功率、散热需求等因素进行优化设计。一般来说,散热鳍片的高度和间距会影响空气的流动阻力和散热效率,合理的设计可以使空气能够顺畅地在鳍片之间流动,带走热量。
通风孔设计:车充外壳上设置通风孔可以促进内部空气的流通。通风孔的位置和大小需要精心设计,既要保证足够的通风量,又要防止灰尘、水分等杂质进入车充内部。通常,通风孔会设置在车充外壳的侧面或底部,以避免在正常使用过程中被异物堵塞。通风孔的大小要根据车充的功率和内部元件的散热需求来确定,同时还需要考虑电磁兼容性(EMC)等因素,因为通风孔可能会影响车充的电磁屏蔽效果。
隔热结构设计 双层结构设计:采用双层外壳结构,内层和外层之间可以填充隔热材料,如陶瓷纤维、气凝胶等。陶瓷纤维具有良好的隔热性能,其导热系数一般在 0.03 - 0.15W/(m・K) 之间。气凝胶是一种具有纳米级孔隙结构的材料,其导热系数极低,可达到 0.013 - 0.024W/(m・K),能够有效地阻止热量从车充内部传递到外壳表面,减少用户接触到高温外壳的风险。双层结构还可以起到缓冲作用,提高车充外壳的机械强度和抗冲击性能。
热障涂层:在车充外壳内部表面涂覆热障涂层也是一种隔热措施。热障涂层一般是由陶瓷材料制成,如氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)涂层。这种涂层可以反射车充内部产生的热辐射,减少热量向外壳表面的传递。热障涂层的厚度通常在几十微米到几百微米之间,其隔热效果随着涂层厚度的增加而增强,但过厚的涂层可能会影响车充的尺寸和重量等因素,因此需要根据实际情况进行优化。
三、安全认证标准
国际电工委员会(IEC)标准
IEC 62368 - 1:这是目前广泛应用于包括车充在内的音频 / 视频、信息和通信技术设备的安全标准。该标准综合考虑了能量源、危险的防护等多个方面。在防火、耐热方面,要求车充外壳材料在规定的温度和时间条件下,不能产生火焰蔓延、过度变形等情况。例如,在球压测试中,车充外壳在承受一定压力的情况下,被加热到规定温度(如 125℃),其压痕直径不能超过规定值,以确保材料在正常工作温度和可能出现的异常高温下不会出现软化、变形等影响安全的情况。
美国保险商实验室(UL)标准
UL 2089:这是专门针对车载附件的标准。对于车充外壳的防火性能,UL 标准规定了严格的阻燃测试方法。车充外壳材料需要通过垂直燃烧测试,根据材料的燃烧速度、是否有滴落物等情况来判定其阻燃等级。在耐热性方面,要求车充能够在一定的温度范围内(如 - 40℃至 85℃)正常工作,并且外壳材料在高温环境下不能释放出有毒有害气体,以保障车内人员的安全。
中国国家标准
GB/T 34063 - 2017:规定了车载充电器的通用规范。在防火、耐热方面,要求车充外壳应具有足够的防火、耐热能力,以防止因过热、燃烧等情况对车辆和人员造成危害。其测试方法包括高温试验、燃烧试验等,与国际标准类似,通过对车充外壳材料的性能测试,确保其符合安全要求。