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, and row/rod/tube conductor products are becoming more and more popular now. There are more and more BMK manufacturers.
Details of charging socket assembly opening cover
此外, due to the overall design requirements, the signal + PE plug-in is integrated with soft and hard glue + 金屬絲 + 終端. 同時, after the buckle is assembled into the socket, the removable protective cover can be used to achieve functions similar to CPA, which is also worth learning. There is some shaking after the one-piece molded part is fully assembled.
Charging socket assembly external interface and signal details
In terms of power design, in the early stage, 鍍錫銅 + crimping technology was used to achieve low-power charging (compared to the current maximum power of high-power charging). 之後, pure copper + ultrasonic welding and aluminum wire + ultrasonic welding were used, 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).

Current standard charging socket assemblies
Regarding the arrangement of the locking lock of the insertion gun, NACS has been at the bottom of the socket since the first version of the SOP to the current version, and the drainage is arranged together. It is good for drainage, but the ability of the entire lance lock to resist the intrusion of debris is weaker than other standard interfaces (it occasionally fails here). 現在, the aluminum tube solutions of most vehicle models abandon the first version of the SOP lock design and adopt solutions with a better protection level.

The mounting plate screws are all self-tapping screws, 4 in total.

Charging socket assembly secondary BOM failure mode
Early versions always have a lot of failure modes. Some failure modes have been circumvented, 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.