مزایای استفاده از اتصال‌دهنده با ماده ABS در سیستم‌های شارژ خودروی برقی

درک انواع اتصال‌دهنده‌ها در شارژ خودروهای برقی و انتخاب مواد

اتصال‌دهنده‌هایی که برای شارژ خودروهای برقی (EV) استفاده می‌شوند، باید تعادل مناسبی بین ایمنی الکتریکی، دوام مکانیکی و مقاومت در برابر شرایط محیطی مختلف داشته باشند. پلاستیک‌های گرماسخت معمولی اغلب در برابر گرما مشکل دارند و معمولاً تا دمایی حدود ۱۲۰ درجه سانتی‌گراد را تحمل می‌کنند قبل از اینکه تاب بخورند. از سوی دیگر، قطعات فلزی ممکن است به سرعت دچار خوردگی شوند وقتی در معرض شرایط جوی سخت قرار می‌گیرند. در اینجا است که اکریلونیتریل بوتادیان استایرن (ABS) به عنوان یک گزینه خوب مطرح می‌شود. ABS مقاومت بهتری در برابر گرما دارد و معمولاً دمای بین ۸۵ تا ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد را به خوبی تحمل می‌کند. علاوه بر این، آن مقاومت خوبی نسبت به خسارت ناشی از نمک جاده، تابش نور ماوراء بنفش (UV) و حتی دماهای بسیار متغیر از ۳۰- تا ۵۰+ درجه سانتی‌گراد دارد. به همین دلیل، ABS نه تنها در داخل گاراژها، بلکه در ایستگاه‌های شارژ مستقیم (DC) با سرعت بالا که شرایط جوی در طول روز بسیار متغیر است، عملکرد خوبی دارد.

چرا ABS به‌عنوان یک ماده متصل‌کننده خودرویی محبوب در حال ظهور است

در واقع ABS بسیار محبوب است، چون قیمت آن در حدود ۳۰ تا ۵۰ درصد کمتر از آن ترکیبات پلی‌کربنات گران‌قیمت است، در حالی که همچنان بسیار راحت می‌توان آن را به شکل‌های پیچیده‌ای که برای اتصال‌دهنده‌های CCS و CHAdeMO مورد نیاز است، قالب‌گیری کرد. این ماده استحکام کششی مناسبی در محدوده ۳۵ تا ۵۰ مگاپاسکال دارد، که به این معنی است که می‌تواند چندین بار وصل و قطع شود بدون اینکه خراب شود. مهم‌تر از همه، نسخه‌های مقاوم در برابر شعله آن، آزمون‌های سختگیرانه UL94 V-0 را که نهادهای نظارتی ایمنی به آن توجه می‌کنند، پشت سر می‌گذارند. و هنگامی که ABS را با پلی‌پروپیلن مقایسه می‌کنیم، نکته بسیار جالبی وجود دارد در مورد اینکه چقدر کمتر از آن گسترش می‌یابد وقتی که گرم می‌شود — در واقع حدود ۸۵ درصد کمتر. این موضوع در حفظ تراز صحیح تماس‌ها در آن سیستم‌های ولتاژ بالا که بین ۴۰۰ تا ۸۰۰ ولت کار می‌کنند، بسیار مهم است، که دقیقاً همان چیزی است که خودروهای برقی مدرن به آن نیاز دارند در حالی که به تکامل خود ادامه می‌دهند.

ویژگی‌های مهم مکانیکی و حرارتی ABS در محیط‌های ولتاژ بالا

ABS دارای استحکام عایلی قابل توجهی است که از حدود 15 تا 25 کیلوولت بر میلی‌متر متغیر است، همراه با مقاومت حجمی بیش از 10^15 اهم.سانتی‌متر. این ویژگی به خوبی از جریان‌های نشتی در شارژرهای پرقدرت با ظرفیت 350 کیلووات جلوگیری می‌کند. نکته‌ای که ABS را متمایز می‌کند، ساختار لاستیکی اصلاح شده آن است که در واقع تمام ارتعاشات روزانه موجود در کارخانه‌ها را جذب می‌کند و به‌طور طبیعی از فرسایش قطعات با گذشت زمان می‌کاهد. نکته جالب دیگر این است که در دمای منفی 40 درجه سانتی‌گراد، ABS هنوز حدود 90 درصد از مقاومت اولیه خود در برابر ضربه را حفظ می‌کند. این خاصیت به‌راحتی تمامی مواد آکریلیک و بسیاری از سایر ترموپلاستیک‌ها را شکست می‌دهد. تمام این ویژگی‌ها دقیقاً با الزامات تعیین شده توسط استانداردهای IEC 62196 و SAE J1772 تطبیق دارند و این ماده را به یک انتخاب مطمئن برای ساخت ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی در سراسر جهان تبدیل می‌کند.

عملکرد و دوام ABS در کاربردهای شارژ خودروهای برقی با ولتاژ بالا

عایق برقی و ثبات ساختاری اتصال‌دهنده‌های ABS

ABS خواص دی‌الکتریک قابل اعتمادی را در محدوده 15 تا 25 کیلوولت بر میلی‌متر حفظ می‌کند که در هنگام کار با مجموعه‌های شارژ با ولتاژ بالا از اهمیت بالایی برخوردار است. این ماده استحکام کششی خوبی در محدوده تقریباً 40 تا 60 مگاپاسکال دارد، بنابراین می‌تواند در برابر استفاده مکرر مقاومت کند و از دست دادن ثبات ساختاری با گذشت زمان جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، ABS حتی در معرض دمای بین تقریباً 85 تا 100 درجه سانتی‌گراد هم مقاومت خوبی در برابر تابیدگی دارد و این امر آن را برای محیط‌هایی که در آن اجزا به دلیل عبور جریان‌های بزرگ الکتریکی گرم می‌شوند، مناسب می‌کند. با توجه به این ویژگی‌ها، بسیاری از تولیدکنندگان ترجیح می‌دهند از ABS برای ساخت قطعات مورد استفاده در شارژرهای سریع جریان مستقیم که معمولاً در محدوده 400 تا 800 ولت کار می‌کنند، استفاده کنند.

مقاومت در برابر تنش‌های محیطی در سیستم‌های شارژ خودروی برقی در فضای باز و صنعتی

ABS حدود 98 درصد از استحکام خود را حتی پس از گذشت بیش از 400 ساعت مداوم در معرض نور خورشید حفظ می‌کند، که این امر آن را برای استفاده در مکان‌های بیرونی بسیار مناسب می‌کند. این ماده در دمای بسیار سرد -40 درجه سانتی‌گراد یا گرمای 85 درجه سانتی‌گراد نیز به خوبی کار می‌کند. همچنین نگرانی نسبت به مواد شیمیایی نیز وجود ندارد، چرا که ABS در برابر نمک جاده‌ای و انواع گل و لایی که توسط خودروهای عبوری در خیابان‌های پرتردد پرتاب می‌شود، مقاومت می‌کند. این سطح از استحکام به این معنی است که تجهیزاتی که از ABS ساخته شده‌اند، در شرایط سخت جاهایی که کارخانه‌ها و ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی در شهرها به مواد قابل اعتماد نیاز دارند، روز به روز به خوبی کار می‌کنند.

مطالعه موردی: اتصال‌دهنده‌های ABS در شبکه‌های شارژ سریع CCS و CHAdeMO

آزمایش‌های میدانی که در سال 2023 در حدود 25000 ایستگاه شارژ عمومی خودروهای برقی انجام شد، نشان‌دهنده چیزی بسیار قابل توجه در مورد اتصال‌دهنده‌های مبتنی بر ABS بود؛ آنها در طول سال، نرخ قابلیت اطمینانی بسیار بالای 99.2٪ را حفظ کردند. چه چیزی باعث قابلیت اطمینان بالای این اتصال‌دهنده‌ها می‌شود؟ سطح آنها بسیار صاف است (با مقادیر Ra کمتر از 0.8 میکرومتر) و همچنین دارای دقت بسیار بالایی در ابعاد هستند (در محدوده 0.05 میلی‌متری مثبت و منفی). این دقت در طراحی باعث ایجاد تراز بهتر تماس الکتریکی هنگام استفاده با سیستم‌های CCS و CHAdeMO می‌شود. مدیران ایستگاه‌های شارژ نیز متوجه این تفاوت شده‌اند؛ بسیاری از آنها گزارش داده‌اند که نیاز به تعویض اتصال‌دهنده‌ها تنها 40٪ نسبت به زمانی که از سایر انواع پلاستیکی استفاده می‌کنند، کاهش یافته است. و در نهایت، کاهش تعویض‌ها به معنای صرفه‌جویی واقعی در بودجه تعمیر و نگهداری برای بهره‌بردارانی است که صد‌ها نقطه شارژ را مدیریت می‌کنند.

هماهنگی و استانداردسازی اتصال‌دهنده‌های ABS در زیرساخت شارژ جهانی خودروهای برقی

چگونه ABS در طراحی جهانی و سازگاری بین پلتفرم‌ها کمک می‌کند

ثبات ابعادی ABS با تلورانس حدود ±0.5 میلی‌متر، همراه با سهولت در ریخته‌گری، تولید پایدار و یکنواخت جعبه‌های اتصال را در استانداردهای مختلفی مانند CCS، CHAdeMO و اکنون NACS امکان‌پذیر کرده است، که همه از یک درجه مواد اولیه اساسی تولید می‌شوند. سازندگان این سازگاری را در کاهش هزینه‌های دوباره‌کاری به میزان قابل توجهی، حدود 18 درصد طبق داده‌های اخیر انجمن مهندسی پلاستیک در سال 2024 مشاهده کرده‌اند. بررسی استانداردهای شارژ خودروهای برقی در سطح جهانی در سال 2024 نیز چیز جالبی را نشان داد. وقتی اتصالات از ABS به جای ترکیب سنتی فلز و لاستیک ساخته می‌شوند، حدود 73 درصد از مشکلات ناسازگاری که به خصوص در شرایط رطوبت بالا پیش می‌آید، برطرف می‌شود. این موضوع در کاربردهای واقعی بسیار اهمیت دارد، زیرا شرایط آب و هوایی می‌تواند تأثیر زیادی بر عملکرد داشته باشد.

دستیابی به استانداردهای IEC و SAE در زمینه ایمنی و عملکرد با استفاده از ABS

ABS استانداردهای ایمنی کلیدی از جمله IEC 62196-2 و SAE J1772 را به بار می‌آورد و این بخاطر مقاومت در برابر آتش UL94 V-0 و استحکام دی الکتریکی 15 kV/mm آن است. بازنگری‌های اخیر در IEC 62196-2 اکنون ABS را برای 94% پوسته‌های اتصال CCS مشخص می‌کند، چرا که آزمایش‌های صنعتی نشان داده‌اند که تغییر شکل‌های حرارتی در آن 40% کمتر از ترکیبات پلی‌کربنات است.

هماهنگ کردن نوآوری در متریال ABS با چارچوب‌های تنظیمی در حال تکامل

تولیدکنندگان ABS در حال همکاری با ASTM International هستند تا فرمول‌های بدون فلز سنگین با جریان بالا توسعه دهند که با دستورالعمل باتری 2025 اتحادیه اروپا هماهنگ باشند. این پیشرفت‌ها تطابق با مقررات در حال ظهوری مانند استاندارد GB/T 20234.3 چین و استانداردهای ARAI هند را تضمین می‌کنند که به طور فزاینده‌ای در حال پذیرش معیار UNECE R100 برای مقاومت ضربه در سیستم‌های 800 ولتی هستند.

تولید به صرفه و مقیاس‌پذیری ABS در تولید اتصالات

قابلیت ریخته‌گری بالا و هزینه تولید پایین که امکان استقرار انبوه را فراهم می‌کند

روشی که در آن ABS در هنگام تزریق به قالب‌ها جریان می‌یابد، تفاوت واقعی در سرعت تولید ایجاد می‌کند و زمان چرخه را حدود 30٪ نسبت به مواد سخت‌تر مانند PEEK کاهش می‌دهد. در قیمت تنها 5.20 دلار در هر کیلوگرم، که حدوداً 70٪ ارزان‌تر از پلی‌کربنات است، این ماده به تولیدکنندگان این امکان را می‌دهد که عملیات بزرگی را بدون صرف هزینه‌های سنگین انجام دهند. نکته واقعاً قابل توجه این است که پس از خنک‌شدن چقدر کم منقبض می‌شود - در واقع کمتر از 3٪. این موضوع یعنی قطعات حتی پس از هزاران بار تولید، همچنان در محدوده استانداردهای دقیق ISO 9001 باقی می‌مانند. یکنواختی در تولید سیستم‌های قفل‌کننده دقیق مورد نیاز برای اتصال‌دهنده‌های CCS1 و CHAdeMO بسیار اهمیت دارد، جایی که هیچ اشتباهی مجاز نیست و پردازش مجدد دیگر لازم نخواهد بود.

مقایسه ABS با ترکیبات پلی‌کربنات: تعادل بین دوام و هزینه در استفاده بلندمدت

کربنات پلی‌کربنات ممکن است استحکام کششی بهتری داشته باشد، اما زمانی که مقاومت ضربه در دمای پایین مطرح می‌شود، ABS برجسته می‌شود. در دمای منفی 20 درجه سانتی‌گراد، ABS می‌تواند ضربه را چهار برابر بهتر از پلی‌کربنات تحمل کند که این موضوع برای ایستگاه‌های شارژ خارجی خودروهای برقی که در معرض شرایط جوی سخت قرار دارند، بسیار مهم است. آزمایش‌هایی که فرآیند پیری را تسریع می‌کنند، نیز چیزی جالب آشکار می‌کنند. پس از گذراندن 15 هزار چرخه شارژ، ABS هنوز حدود 92 درصد از استحکام عایلی اولیه خود را حفظ می‌کند. این موضوع در مقایسه با سایر مواد موجود در بازار بسیار قابل توجه است، به‌ویژه اینکه در طول عمر کلی حدوداً 30 درصد هزینه کمتری دارد. بیشتر بهره‌بردارانی که شبکه‌های بزرگ با چندین هزار نقطه شارژ را مدیریت می‌کنند، تمایل دارند از ABS استفاده کنند، چرا که در بلندمدت، پولی که برای تعویض و نگهداری صرفه‌جویی می‌شود، بیشتر از مزایای جزئی استفاده از سایر مواد است.

نوآوری‌ها و روندهای آینده در کانکتورهای شارژ خودروهای برقی مبتنی بر ABS

ترکیبات ABS مقاوم در برابر آتش برای افزایش ایمنی در شارژ توان بالا

جدیدترین مواد ABS حاوی افزودنی‌های فسفری اکنون استانداردهای مقاومت در برابر آتش UL94 V-0 را بدون از دست دادن خواص عایقی خود برآورده می‌کنند که همچنان بیش از ۱۸ کیلوولت بر میلی‌متر باقی می‌مانند. افزودن ۲۵ درصد الیاف شیشه‌ای به این ترکیبات باعث افزایش پایداری آن‌ها تحت تنش حرارتی می‌شود و از تغییر شکل مقاومت می‌کنند، حتی زمانی که در معرض دماهای بالای ۱۲۰ درجه سانتی‌گراد قرار می‌گیرند، چیزی که اغلب در ایستگاه‌های شارژ توان بالا با رتبه‌بندی ۳۵۰ کیلووات یا بیشتر دیده می‌شود. یک ارزیابی اخیر از ایمنی نشان داد که این مواد به‌روز شده در مقایسه با نسخه‌های معمولی ABS موجود در بازار، میزان قوس‌های خطرناک را تقریباً به نصف کاهش داده‌اند.

ادغام ABS با فناوری‌های شارژ هوشمند و آمادگی اینترنت اشیا

امروزه، تولیدکنندگان در حال قرار دادن تگ‌های RFID همراه با میکروسنسورهای کوچک داخل همان واحد‌های پلاستیکی (ABS) هستند، در حالی که هنوز در حال قالب‌گیری هستند. این کار چه معنایی دارد؟ خوب، این امر به آن‌ها اجازه می‌دهد تا چرخه‌های نصب را به صورت زنده و با دقت قابل توجهی در حدود 95 درصد تحت نظارت داشته باشند، که اصلا بد نیست. علاوه بر این، چیزی به نام طیف‌سنجی امپدانس وجود دارد که به شناسایی مشکلات کربنی شدن بسیار زودتر از روش‌های سنتی کمک می‌کند. آزمایش‌های اولیه‌ای که در سراسر اروپا انجام شده، واقعاً صرفه‌جویی‌های خوبی را نیز به اثبات رسانده‌اند. به نظر می‌رسد که این متصل‌کننده‌های هوشمند هزینه‌های نگهداری سالانه را به میزان 18 دلار در هر دستگاه کاهش دهند، فقط به این دلیل که قادر به پیش‌بینی زمان خرابی قبل از وقوع هرگونه آسیب واقعی هستند. واضح است که چرا شرکت‌ها دوست دارند این فناوری را در اسرع وقت بپذیرند.

چالش‌ها و فرصت‌های پایداری در مواد متصل‌کننده خودروهای برقی (EV) ترموپلاستیک

پلاستیک ABS از نظر تکنیکی قابل بازیافت است، اما واقعیت متفاوت است، زیرا فقط حدود 32 درصد از کانکتورهای قدیمی واقعاً به سیستم بازگردانده می‌شوند، چرا که با مس آلوده شده‌اند. برخی از تولیدکنندگان بزرگ شروع به کار روی نسخه‌های جایگزین کرده‌اند که تا حدودی از الیاف کناب دارویی ساخته شده‌اند، حدود 15 تا 20 درصد از ماده تشکیل‌دهنده. این ترکیبات جدید مقاومت خوبی در برابر آزمون‌های تنش نشان می‌دهند و سطح استحکامی مشابه ABS معمولی دارند، حدود 45 مگاپاسکال. با این حال یک مشکل وجود دارد. برای محصولاتی که باید بیش از پنج سال در فضای باز دوام بیاورند، این مواد ترکیبی نیازمند پوشش‌های سرامیکی ویژه‌ای هستند تا در برابر آسیب ناشی از تابش خورشید محافظت شوند. بنابراین، اگرچه گزینه‌های سبزتری وجود دارند، شرکت‌ها باید در تعادل میان مزایای زیست‌محیطی و مدت زمانی که محصولاتشان در برابر شرایط واقعی دوام می‌آورند، تصمیم‌گیری کنند.

‫سوالات متداول‬

ماده ABS چیست؟

ABS که مخفف Acrylonitrile Butadiene Styrene است، یک پلاستیک گرمایی است که به دلیل دوام، قابلیت قالب‌گیری و مقاومت در برابر شرایط مختلف محیطی شناخته شده است و برای استفاده در کانکتورهای شارژ خودروهای برقی (EV) مناسب است.

چرا ABS برای کانکتورهای شارژ خودروهای برقی ترجیح داده می‌شود؟

ABS به دلیل ترکیبی از مقرون‌به‌صرفه بودن، استحکام کششی مناسب، مقاومت در برابر آتش و ثبات ابعادی که برای اتصالات با ولتاژ بالا ضروری است، ترجیح داده می‌شود.

ABS چگونه با تنش‌های محیطی کنار می‌آید؟

ABS خواص مکانیکی و الکتریکی خود را در شرایط شدید محیطی مانند تابش UV، تغییرات دما و قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی حفظ می‌کند که آن را برای استفاده در ایستگاه‌های شارژ بیرونی خودروهای برقی مناسب می‌کند.

آیا ABS قابل بازیافت است؟

اگرچه فنی‌الاً ABS قابل بازیافت است، اما تنها بخشی از کانکتورهای قدیمی به دلیل آلودگی دوباره استفاده می‌شوند. تلاش‌هایی برای بهبود پایداری با استفاده از ترکیب‌هایی مانند الیاف کناب دارویی (industrial hemp) در حال انجام است.