Tesla NACS 插頭設計

在本系列文章中, 我們簡單分析一下特斯拉充電口結構設計的變化, 主要選擇適配Model S/X的充電座 2015 以及適合型號的電纜版本 3 在 2018 進行簡要分析. 鋁管充電底座組件未公開. 有關鋁管版本的其他信息, 請參閱上一篇文章: 特斯拉—充電母線專利; 獨特且不斷發展.
這篇文章讓我們回到 2015 並以那個時代的Model X為基礎，簡單分析早期特斯拉充電介面的結構設計. 使用它作為起點.

以下分析及含文字圖片，不代表下述技術最終量產狀態. 不代表下述技術的任何普遍或偶然情況, it is only a simple analysis and discussion.

48110-240V 6 公尺 Tesla 延長線，搭配 1 級 Nacs 插頭電纜&2 EV Charger and Tesla Wall Connector

NACS 至 NEMA 5-20/15 Pluge EV 轉接器插頭，適用於 Tesla 至 nema 轉接器，可與 NACS 牆壁連接器相容

1000V 250A Tesla 充電插頭替換 250KW NACS 充電電纜製造商

整體插座 & 電源設計
Tesla NACS 介面 SOP 第一版的功能包括:
●超音波焊接連接線和端子首次滿足其V2充電需求 (後續迭代將達到接近V3級別);
●90° 出線 & 螺絲鎖端子;
● 可拆卸保護蓋 (with anti-accidental removal);
● 多彩光圈及光源視覺設計;
●地線截面積小 & AC和DC共用一個介面;
● 訊號 + PE插頭與插座可分離;
同時, 車輛充電等功能, 拔出槍, 以及打開蓋子在當時也是很前衛的設計.
車輛佈置位置 (型號X)
整體面板尺寸比CCS小 & 國標交直流一體. 詳細了解插件部分的尺寸和充電邏輯, 請參閱上一篇文章: 關於特斯拉過度充電的一些數據.
充電插座組裝細節 (型號X)
第一版SOP最大的特色與現在的鋁管類似. 插座位置的保護不依賴充電底座本身. 尾部可拆保護蓋 + 90° 插座增加線束組裝及維修的便利性仍保留, 排/棒/管導體產品現在越來越受歡迎. BMK廠商越來越多.
充電插座組件開蓋細節
此外, 由於整體設計要求, 訊號 + PE插件軟硬膠一體 + 金屬絲 + 終端. 同時, 扣環組裝到插座後, 可拆卸保護蓋可實現類似CPA的功能, 這也值得學習. 一體成型件完全組裝後有一些晃動.
充電插座組件外部介面及訊號詳情
在電源設計方面, 早期階段, 鍍錫銅 + 採用壓接技術實現低功率充電 (比較當前大功率充電最大功率). 之後, 純銅 + 超音波焊接和鋁線 + 使用超音波焊接, 但沒有改變的是上面提到的端子和電纜的防護設計. 雖然線材不斷升級, 防護尚未升級. 回顧過去和現在, 是否有必要探索鋁導體的免保護端接設計? 如溶膠凝膠塗層.

美國市場追隨特斯拉的電動車插頭設計

充電插座組件超音波焊接:
在屏蔽處理方面, 由於某些原因, X型和S型分別選用插座端屏蔽熱縮管包裹單端懸吊和屏蔽壓接，然後將本體鈑金連接至雙端接地. 後續之間也存在類似的交叉選擇情況 2018 模型 3 以及目前的鋁管解決方案. 後續較高充電功率下屏蔽效能的實現值得進一步研究.

Charging socket assembly shielding treatment:
在性能方面, thanks to ultrasonic welding and low terminal resistance, 電流類比充電可在風冷環境下長時間維持滿功率載流.
接地設計如前, 導體橫截面積小於大多數直流介面設計, 大大減少了充電介面所佔用的空間, and the grounding is designed for the car charger.
Charging socket assembly grounding aperture and others:
七彩光圈 + 均勻漸層顏色, 這也是目前比較優秀的感官體驗. The overall design is centered on the tail pin limiting plate. 兩層半透明塑膠零件將PCBA上的光源投射到充電口的透光位置, 在前視區域實現均勻的光分佈.
在其他同時不同介面的例子中, 透過改變半透明塑膠的位置來實現不同的孔徑設計位置. 這也是標準化光圈設計的優勢.

充電插座組件孔徑可視化
但燈組件內建於充電插座中. 整個插座製造和新車型的整車配對都有需要不斷調整的地方 (也許成本也是關鍵點之一). 在後續的 Model 3/Y 車款中, 將充電插座組件中的照明模組移出插座本體並置於插座連接板中, 經常帶有特斯拉LOGO.

充電插座組件部分PCBA及Pin
與GB IEC等交直流一體化解決方案對比. 第一個版本 Tesla NACS SOP 訊號和地輸出採用 6Pin 插件 (1保留引腳) * 1 + 飛行員 * 1 + 接地端子 * 1 + 普羅克斯 * 1 (PE 與 Pilot 和 Prox 集成). 整體簡化的低電壓迴路輸出，減少了線束組件數量，為後續PCBA和麵板小型化預留空間. 後續對溫度監測等方面的要求將持續提高. 特斯拉最新的NACS是12+3Pin (包括插入式鎖定鎖, 除部分模型槍鎖外), CCS 是 12+3 別針 (包括槍鎖).

當前標準充電插座組件
關於插槍鎖緊裝置的佈置, NACS從第一個版本的SOP到現在的版本一直處於socket的底層, 和排水佈置在一起. 這樣有利於排水, 但整個槍鎖抵抗碎片侵入的能力弱於其他標準接口 (它偶爾會在這裡失敗). 現在, 大多數車型的鋁管方案放棄了第一版SOP鎖設計，採用防護等級更好的方案.

安裝板螺絲均為自攻螺絲, 4 總共.

充電插座組件二次BOM失效模式
早期版本總是有很多故障模式. 一些故障模式已被規避, 目前仍存在一些故障模式. 以下簡單分析一次結構設計失敗.
失效模式: 防觸碰帽脫落. 這種故障模式發生在終端轉動時. 由於後續沖孔和倒圓工序的特殊性, 摔倒的風險比以前更大. 除了特斯拉, 其他整車廠也遇到類似問題.

充電插座組件失效模式
盡量減少失敗的風險, 前期精細化維度設計與多維度驗證, 也可以考慮改變防觸摸手指和端子連接方式.