Selection of dust filters for electric vehicle chargers targeted with an IP5X rating

Abstract

Public electric vehicle chargers are often deployed in various outdoor environments where they are exposed to a wide range of airborne particles, or dust. Especially in chargers which rely on forced air convection for cooling, this cooling air may drive dust inside the enclosures and affect reliable operation of the charger. Forced air cooled chargers thus often rely on filters to separate dust from the cooling airflow. To display the degree of protection provided by an enclosure, standardized ingress protection (IP) ratings are commonly used.

In this thesis seven filters were compared to find the most suitable solution for supporting an IP5X rating for an electric vehicle charger by Kempower. This rating describes the enclosure as dust protected, where dust may not penetrate the enclosure in a manner that impacts the safety or functionality of the charger. The selection of a suitable filter to support this target rating is, however, complicated by the high demands of dust protection and cooling airflow as well as geometric constraints and general suitability for outdoor use. This thesis therefore included a broad testing and evaluation approach to find a filter which supports the target IP rating while also meeting requirements placed by the charger.

As a result, a filter media was found which could support an IP5X rating in an otherwise sufficiently sealed charger, while also improving airflow and meeting the practical requirements needed to work as part of an electric vehicle charger. Filter frame related dust bypass was, however, also identified during this thesis. While the filter media itself could provide the required degree of protection, addressing the identified dust bypass is suggested before implementation to achieve the level of protection that the filter media is capable of

Julkiset sähköajoneuvojen latausasemat sijaitsevat tyypillisesti erilaisissa ulkoympäristöissä, joissa ne altistuvat ilmassa olevalle pölylle. Erityisesti latausasemissa, joissa kotelon jäähdytys toteutetaan pakotetulla ilmankierrolla, pölyhiukkaset voivat kulkeutua jäähdytysilman mukana kotelon sisään ja vaikuttaa latausaseman luotettavaan toimintaan. Pakkoilmajäähdytteisissä latausasemissa käytetään näin ollen suodattimia erottaakseen pöly jäähdytysilmasta. Kotelon suojaustasoa kuvataan usein standardoiduilla IP luokituksilla.

Tässä työssä vertailtiin seitsemää eri suodatinta löytääkseen sopivin ratkaisu Kempowerin sähköajoneuvo latausaseman IP5X pölysuojaus luokituksen saavuttamiseksi. Tämä suojausluokka kuvaa koteloa pölysuojatuksi, jolloin pölyä ei saa kertyä koteloon tavalla, joka vaikuttaisi laitteen normaaliin toimintaan tai turvallisuuteen. Kyseistä tavoiteluokitusta tukevan suodattimen valintaa vaikeuttavat kuitenkin korkeat pölysuojaus- ja jäähdytysilmavirran vaatimukset, sekä geometriset rajoitukset ja yleinen soveltuvuus ulkokäyttöön. Tämä työ sisälsi näin ollen laajan testaus- ja arviointimenetelmän sellaisen suodattimen löytämiseksi, joka tukee tavoite IP luokitusta ja täyttää samalla latausaseman asettamat vaatimukset.

Tuloksena löydettiin suodatinmateriaali, joka pystyi tukemaan IP5X luokitusta muuten tiiviissä laturi kotelossa, parantaen samalla ilmavirtausta ja täyttäen latausaseman asettamat käytännön vaatimukset. Työssä tunnistettiin kuitenkin myös suodatin kehykseen liittyvää pölyn ohivuotoa. Vaikka suodatinmateriaali itsessään tukisi tavoite suojausluokitusta, niin tunnistettuun pölyn ohivuotoon suositellaan kiinnittämään huomiota ennen käyttöönottoa, jotta saavutetaan se suojaustaso, johon suodatin kykenee.