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三议电动汽车充电枪接口标准公差标注有误问题

三议电动汽车充电枪接口标准公差标注有误问题

产品简介:笔者曾两度发文探讨了电动汽车充电枪接口国家标准中公差标注的问题,引起了较大的反响,并由此引出了一些对公差标注问题的讨论和争议,有的甚至认为这样的标注并不会有什么问

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产品介绍

  笔者曾两度发文探讨了电动汽车充电枪接口国家标准中公差标注的问题,引起了较大的反响,并由此引出了一些对公差标注问题的讨论和争议,有的甚至认为这样的标注并不会有什么问题。

  日前,受《人民公交》杂志的约稿,专门深化探讨了这一问题,并对公众和广大技术人员的相关问题做了集中回答,现将该文(人民公交 2018.4,P115-117)转载于此,供大家讨论。

  电动汽车充电装置接口(简称充电枪)的形位公差,对产品质量的影响至关重要。不仅对产品的通用性、互换性有一定影响,还会缩短充电枪接口端的使用寿命,甚至有可能引发安全事故。为此,世界许多国家都制订了相应的电动汽车充电枪接口标准。笔者认为:国家标准GB/T20234.2和GB/ T20234.3中公差标注存在问题,希冀引起标准制订者和使用者的关注,同时建议尽快进行相关国家标准的勘误。

  充电是电动汽车使用中的一个不可或缺的环节,众鑫国际。其中接插操作的接口部分,不仅需要有可靠的联接、方便的插拨、完全的互换等功能要求,更涉及到充电安全问题。为此,包括国际电工委员会(IEC)、美国汽车工程师协会(S A E)、日本电动汽车协会(J E VS)和日本电动车充电协会(CHAdeMO)在内的相关组织都制订了相应标准来规范充电装置接口并控制产品质量。

  我国于2 0 1 5 年,在原G B / T 20234-2006的基础上进行了修订,颁布了新的电动汽车传导充电用连接装置系列标准。其中用规范性附录的方式明确给出了充电接口的尺寸规范。但根据国家产品几何技术规范(GPS)系列标准对公差标注的规范,以及相关尺寸链设计与标注要求看,GB/T 20234.2和GB/T 20234.3中给出的接口规范中的公差标注存在问题,本文将对这些问题进行深入的探讨。

  GB/T 20234-2015系列标准中的第2和第3部分,分别涉及到交流充电接口和直流充电接口,由于其公差标注的问题是一样的,这里以《GB/T 20234.3-2015电动汽车传导充电用连接装置第3部分直流充电接口》为例展开讨论。

  图1为该标准中规范性附录A给出的车辆插头结构尺寸和车辆插座结构尺寸及公差的工程图样(部分)。

  图中采用形位公差中的位置度对插针和插孔的中心线位置偏差进行了规范,但根据国家标准《GB/T 1182-2008产品几何技术规范(GPS)几何公差形状、方向、位置和跳动公差标注》和《GB/T 17851-2010几何技术规范(GPS)几何公差基准和基准体系》的规定可以看出,这二个图中给出的标注是错误的,其主要体现在以下几点:

  (1) A基准设计问题:图中A基准在插头中标注在正负极中心线的尺寸延伸方位上,表示其基准要素为二实际正负极中心线同组拟合并导出后的对称轴线个自由度。而在插座中却标注在充电通信正负极中心线的理论正确尺寸延伸方位上,表示其基准要素为二实际充电通信正负极中心线同组拟合并导出后的对称轴线个自由度。二个配对的零件基准不一致将直接影响充电装置接口插拨操作。同时,从接口结构、插拨要求以及孔针接触顺序来看,图中的A基准设置并不合理。

  (2) B基准设计问题:B基准被设置在某轴线上,但并未明确给出到底哪个是基准要素,因为这个基准轴线的导出可以通过对插头(或插座)上许多被测要素的拟合导出操作后得到。同时,这种基准的标法在1996年的国家标准中已被废止。

  (3) 由于B基准的设置错误,所以与B基准相关的理论正确尺寸都出现了歧义。

  (4) C基准的设计问题:C基准与A基准在方向控制上是一样的,图样中被设置为第3基准,此时它受A基准约束。但从接口功能来看,考虑到各插针与插孔之间存在着弹性联接,如果接口插入操作状态需要插头插座各自C基准最后贴紧的话,那么这里的C基准应该是第1基准。

  此外,在错误的基准标注下,图中对各孔针给出的位置度公差值都是φ0.3mm。这个数值的设计同样存在着问题。考虑到GB/T 20234.3-2015标准中给出的都是极限偏差的标注方法,这里采用极值法对插座插头正负电极装配尺寸链做一个简单的验算。

  根据国家标准中的图样规范,这里先分析正负二极的装配尺寸链,图2为插头和插座正负极处理极限偏差时的分析示意图。

  插座正负极最大实体状态下的极限位置:理论正确尺寸为34mm,二孔的位置度为Φ0.3mm,二孔的最小尺寸为Φ12.2mm。插头正负极的最大实体状态下的极限位置:理论正确尺寸为34mm,二孔的位置度为Φ0.3mm,二插针的最大直径为Φ12mm。

  分析与结论:按国家标注中接口尺寸公差的标注,由于电极插针是实体状态,而插孔尺寸公差被标注在插孔的绝缘体上的孔中,因此,在极限状态下,插头和插座正负极会形成干涉,其插入时最大干涉量可达到0.4mm。

  事实上,由于所有的插针与孔都是一样的位置度公差值,干涉现象不仅出现在正负极之间,所有对应的插针与孔在反向极限位置时都存在干涉现象。

  一般认为,对于批量制造的工件而言,被测几何要素的误差应该具有分布的特性,换句话说,用极值法去验算尺寸链应该是偏紧,实际应用中干涉现象也许并没有这么严重。这就涉及到我们对公差设计和统计公差设计及应用中的一些基本概念。主要有以下几点:

  ( 1 ) 公差设计可分为极限和统计二种。当我们给出极限偏差时,产品在符合性判定时只要求其在极限范围以内就是合格。在这种情况下,我们并不关心误差的分布特性,换句话说,我们不会运用统计手段去分析,更谈不上去控制,因为设计根本就没有提出这类要求。

  (2) 如果需要规范统计公差,我们就必须在图样中明确给出极限偏差的同时,给出误差的分布特性要求、允许的最大偏倚值等。同时按相关国家标准给出规范的标注。图3给出了《GB/Z 24636.2-2009产品几何技术规范(GPS)统计公差第2部分:统计公差值及其图样标注》和美国《ASMEy14.5-2009

  如果应用了统计公差标注方法,那末在检测时,不仅要求被测要素必须在规范给出的极限范围以内,还需要进行统计分析,以确定被测要素的误差分布是否符合设计给出的分布特性要求,此时才能判定批量产品是否合格。在这种情况下,有一点需要特别注意:即单件合格不代表批量合格,批量合格才是真正的合格。

  从上面的讨论中可以看到,现行的GB/T 20234.3-2015标准中接口规范部分给出的是极限偏差标注。并没按统计公差的标注方法进行标注,因此,根据相关国家标准(产品几何技术规范(GPS&V)系列标准)规定,只能按极限公差解读图纸和验收产品。

  由于GB/T 20234.3-2015标准中用“规范性附录”的方式给出了接口尺寸公差,它对接口的制造和

  验收给出了国家标准层面的规范。因此其标注方面的错误可能引起的问题主要有:

  (1) 基准的标注错误,将造成检测操作的混乱,并将直接影响充电插头和插座几何精度的检测与验收。

  (2) 根据该标准给出的公差值,如果制造方的产品处于内侧极限时,并不会被判不合格,但在实际应用中如果对应的针孔处于相反的极限位置,就会造成接口插拨干涉问题。在干涉状态下,由于插针头部有倒/圆角结构,插针将被变形后强行插入,这容易造成针与孔的接触不良,在大电流快充情况下,就容易引起发热。而且,这种不正常接触还会引起接口插拨力的不正常,并直接影响使用寿命。

  (3) 作为国家标准,严谨、准确是最基本的属性,也是国家标准权威性的最基本保障。

  事实上,随着电动汽车保有量的不断增加,充电过程的问题也日益显露,特别是烧枪(烧蚀和熔化现象)。互联网上已可以看到多篇对充电过程烧枪问题的专题讨论文章,这必然是相关问题多次出现后研究的结果,所有文章在分析充电接口问题时都提及了接口结构的几何精度问题。

  而在实际调研中,深圳某公交充电站的充电枪使用寿命仅有3个月左右,出现的问题包括触头烧蚀和枪体接口部分绝縁层熔化。而实际上,充电枪(包括线)绝非易耗品,更何况每把充电枪(线)的价格不菲。

  从技术方面客观地讲,充电烧枪的原因应该是复杂的,但几何精度绝对是其中一个可能的重要因素。因此,希望尽快对《GB/T 20234.2-2015电动汽车传导充电用连接装置第3部分交流充电接口》和《GB/T20234.3-2015电动汽车传导充电用连接装置第3部分直流充电接口》中规范性附录A给出的插头和插座接口几何公差,并由如下建议仅供参考。

  (2) 公差值应在充分验证的基础上给出,同时结合实际充电实验进行综合验证后给出;

  (3) 公差值的设计,应贯彻国家提出的“用先进标准倒逼中国制造能力的提升”方针,即在充分考虑功能和先进性的基础上再兼顾企业的制造能力,以期使国家标准达到引领的作用。

  考虑到国家标准勘误需要时间,在此期间,希望相关的企业能充分认识到国家标准中错误标注可能引起的问题,并在实际生产过程中,先行调整公差标注,以确保产品质量。


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