陳永強(qiáng)，張序星，蘇少銳

(1.威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣東廣州 510663；2.中國(guó)電器科學(xué)研究院有限公司，廣東廣州 510663；3.威凱認(rèn)證檢測(cè)有限公司，廣東廣州 510663)

對(duì)NB/ T 33001 201X 標(biāo)準(zhǔn)草案中部分技術(shù)問題的思考

陳永強(qiáng)1，張序星2，蘇少銳3

(1.威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣東廣州 510663；2.中國(guó)電器科學(xué)研究院有限公司，廣東廣州 510663；3.威凱認(rèn)證檢測(cè)有限公司，廣東廣州 510663)

對(duì)NB/T 33001-201X《電動(dòng)汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)草案中部分技術(shù)問題：產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性中關(guān)于工作環(huán)境溫度、海拔高度對(duì)安全指標(biāo)的影響、金屬件鹽霧試驗(yàn)、外殼防護(hù)等級(jí)進(jìn)行了分析和討論。同時(shí)就“急停裝置是否需要取消？”、“介電強(qiáng)度試驗(yàn)是否加入直流試驗(yàn)要求？”、“對(duì)標(biāo)準(zhǔn)是否需要引入‘電流不平衡度’指標(biāo)”、“目前技術(shù)條件下可靠性的要求是否需要保留？”4個(gè)問題闡述了技術(shù)觀點(diǎn)和理由。

電動(dòng)汽車；非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)；環(huán)境適應(yīng)性

0 引言

2015年底GB/T 18487.1-2015 《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 第1部分: 通用要求》已經(jīng)正式發(fā)布。能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 33001-2010《電動(dòng)汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)技術(shù)條件》經(jīng)過6年的實(shí)踐也急需修訂，日前NB/T 33001-201X標(biāo)準(zhǔn)修訂組在河南許昌召開了第一次工作組會(huì)議。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)草案中部分技術(shù)問題，作者做了如下思考。

1 關(guān)于環(huán)境適應(yīng)性的一些思考

1.1 工作環(huán)境溫度的修改建議

NB/T 33001-2010中規(guī)定的工作環(huán)境溫度是-20～50 ℃，但是該溫度規(guī)定受到了業(yè)內(nèi)廣泛質(zhì)疑。GB/T 4797.1-2005《電工電子產(chǎn)品自然環(huán)境條件 溫度和濕度》將中國(guó)劃分為寒冷、寒冷I、寒冷II、暖溫、干熱、亞濕熱、濕熱共7種氣候類型。表1是7種氣候類型的中國(guó)典型城市。

電工電子產(chǎn)品的工作環(huán)境溫度需要從“日平均值的年極值”、“年極值”和“絕對(duì)極值”3類參數(shù)去考慮。中國(guó)7種氣候類型的溫度數(shù)據(jù)如表2所示。長(zhǎng)期暴露在戶外達(dá)幾年的產(chǎn)品，可以預(yù)期它會(huì)短期遇到比“日平均值的年極值”更加極端的氣溫和更加極端的溫、濕度組合環(huán)境條件。低溫“年極值”的出現(xiàn)時(shí)間通常為10 h左右，而高溫“年極值”的出現(xiàn)時(shí)間更短，通常為5 h。因此，從統(tǒng)計(jì)的角度來(lái)看，低溫“年極值”出現(xiàn)的概率約為0.1%，而高溫“年極值”出現(xiàn)的概率為0.05%?！敖^對(duì)極值”的出現(xiàn)情況則極少，而且出現(xiàn)的時(shí)間也很短。但是從特殊應(yīng)用中予以考慮，如類似通信設(shè)備在最惡劣氣候條件下也需要有效運(yùn)行。建議采用“絕對(duì)極值”作為NB/T 33001-201X規(guī)定的工作環(huán)境溫度的數(shù)據(jù)來(lái)源。

表1 7種氣候類型的中國(guó)典型城市

表2 中國(guó)7種氣候類型的溫度數(shù)據(jù) ℃

還需要補(bǔ)充一點(diǎn)：上述所有數(shù)據(jù)都來(lái)源于氣象學(xué)中的氣溫?cái)?shù)據(jù)。氣象學(xué)中所說的氣溫，指在野外空氣流通、不受太陽(yáng)直射下測(cè)得的空氣溫度。人工氣象觀測(cè)中，為了避免太陽(yáng)的直接輻射，測(cè)量溫度的溫度表和傳感器放置在百葉箱中。百葉箱的門朝北開，是為了防止觀測(cè)時(shí)陽(yáng)光直接照射箱內(nèi)的儀器。把百葉箱漆成白色，可以將投射在百葉箱上的陽(yáng)光基本上都反射掉。而且白色不容易吸熱。生活在城市中的人們，四周是混凝土建筑，地面是柏油馬路，成排的高層建筑會(huì)影響到日照和溫度的監(jiān)測(cè)。而且由于城市的熱島效應(yīng)，一般體感溫度都要比氣象學(xué)溫度高出2～3 ℃，在能被太陽(yáng)直射到的地方更甚。

結(jié)合國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車使用區(qū)域和動(dòng)力電池高、低溫特性等，建議工作環(huán)境溫度修改為-30～55 ℃。

1.2 海拔高度對(duì)安全指標(biāo)的影響

NB/T 33001-2010中規(guī)定的海拔高度是不大于1 000 m。GB/T 4797.2-2005《電工電子產(chǎn)品自然環(huán)境條件 第2部分：海拔與氣壓、水深與水壓》中指出：隨著海拔升高，氣壓降低，空氣減少，以空氣對(duì)流和傳導(dǎo)方式散熱的產(chǎn)品和設(shè)備的散熱效率降低，影響冷卻效果，致使溫升升高。實(shí)驗(yàn)表明：海拔每升高1 000 m，電暈電壓和絕緣電氣強(qiáng)度降低8%～13%。對(duì)應(yīng)海拔3 000 m高度，氣壓下降30%，溫升將增加12%。

中國(guó)主要城市海拔高度如表3所示。GB/T 16935.1-2008《低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合 第1部分：原理、要求和試驗(yàn)》規(guī)定了海拔高度與倍增系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見表4。在不同海拔高度，對(duì)電氣間隙的要求不同。對(duì)于不同海拔高度下使用的低壓設(shè)備，電氣間隙的限值需要按照表4所示的對(duì)應(yīng)的倍增系數(shù)進(jìn)行修正。

若海拔2 000 m電氣間隙限值為2 mm，海拔3 000 m電氣間隙限值則為2×1.14=2.28 mm；海拔4 000 m電氣間隙限值為2×1.29=2.58 mm；海拔5 000 m電氣間隙限值為2×1.48=2.96 mm。某個(gè)充電機(jī)的電氣間隙實(shí)測(cè)數(shù)值為2.30 mm，可以滿足海拔3 000 m的電氣間隙要求，在海拔4 000 m以上使用則不合格。

因此NB/T 33001-201X中規(guī)定的海拔高度應(yīng)該是不大于2 000 m。直接采用標(biāo)準(zhǔn)中的要求值，無(wú)須進(jìn)行海拔倍增系數(shù)修正，已經(jīng)能夠滿足目前國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車的發(fā)展。但是隨著電動(dòng)汽車的普及，在高海拔城市中使用時(shí)，考核電氣間隙等指標(biāo)時(shí)需要考慮倍增系數(shù)。

表3 中國(guó)主要城市海拔高度 m

表4 海拔高度與倍增系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

1.3 對(duì)金屬件鹽霧試驗(yàn)的一些補(bǔ)充要求

GB/T 4797.6-2013《環(huán)境條件分類 自然環(huán)境條件 塵、沙、鹽霧》中關(guān)于中國(guó)近海表層海水的含鹽量(冬季)的數(shù)據(jù)見表5。

表5 中國(guó)近海表層海水的含鹽量(冬季)

我國(guó)東部沿海城市鹽霧沉降量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，平均值在10～33 mg/(m2·d)之間，最大值為15～54 mg/(m2·d)。根據(jù)中國(guó)的環(huán)境特點(diǎn)，建議使用GB/T 2423.17-2008《電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程 試驗(yàn)Ka ：鹽霧試驗(yàn)方法》作為充電機(jī)金屬件的試驗(yàn)方法。推薦的試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為16、24、48、96、168、336、672 h。

GB/T 2424.10-2012《大氣腐蝕加速試驗(yàn)的通用導(dǎo)則》指出:隨著鹽霧試驗(yàn)溫度的上升，鹽霧化學(xué)反應(yīng)加速，氯離子運(yùn)動(dòng)加劇。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：鹽霧試驗(yàn)溫度提升10 ℃，氯離子對(duì)金屬的腐蝕程度增加2～3倍。但鹽霧試驗(yàn)的溫度過高，又無(wú)法模擬自然條件下天然海水的腐蝕機(jī)制。當(dāng)鹽水濃度超過5%后，鋼、鎳、銅等金屬的腐蝕程度反而隨著鹽水濃度的加大而降低。研究成果表明：GB/T 2423.17-2008規(guī)定的35 ℃、5%的鹽水濃度是最適合中國(guó)國(guó)情的鹽霧腐蝕試驗(yàn)參數(shù)。

針對(duì)金屬件鹽霧試驗(yàn)后的結(jié)果判定，常用的判定方法有以下3種(詳見表6)，建議標(biāo)準(zhǔn)修訂中增加具體要求。

表6 常見腐蝕結(jié)果的判定法

1.4 對(duì)外殼防護(hù)等級(jí)的一些建議

表7 IP代碼的組成及含義

NB/T 33001-2010中規(guī)定的外殼防護(hù)等級(jí)不低于GB 4208-2008中IP30(室內(nèi))或IP54(室外)。有必要理解IP代碼的組成和含義,見表7。

因此建議NB/T 33001-201X中規(guī)定的外殼防護(hù)等級(jí)不低于GB 4208-2008中IP32(室內(nèi))或IP54(室外)。

2 急停裝置是否需要取消

NB/T 33001-2010標(biāo)準(zhǔn)中第6.7.4條規(guī)定了充電機(jī)應(yīng)具備急停開關(guān)。非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)都會(huì)安裝急停裝置來(lái)切斷供電設(shè)備和電動(dòng)汽車之間的聯(lián)系，以防電擊、起火或爆炸。

目前充電機(jī)最常見的急停裝置是急停開關(guān)。急停開關(guān)(簡(jiǎn)稱急停按鈕)的作用是在充電機(jī)發(fā)生突發(fā)情況時(shí)，按下此按鈕，立即停止充電機(jī)運(yùn)行，防止傷害或者損失擴(kuò)大。在需要緊急停止充電機(jī)運(yùn)行的情況下才可以使用。

但是由于充電機(jī)內(nèi)最主要的并非運(yùn)動(dòng)部件。目前發(fā)生的事故基本上都是漏電，作為低壓設(shè)備，起保護(hù)作用的通常是漏電保護(hù)裝置，而急停按鈕往往不能發(fā)揮作用。部分起草組委員建議取消急停開關(guān)。

但是當(dāng)漏電事故發(fā)生后，通常都需要緊急停止充電機(jī)運(yùn)作以進(jìn)行觸電搶救，時(shí)間上要求就近斷開危險(xiǎn)電源，因此急停開關(guān)依舊是必需的。而且被切斷的不僅僅是直流輸出回路，還應(yīng)該切斷交流輸入的危險(xiǎn)電源，以防止搶救或維修人員的再次觸電危險(xiǎn)。

針對(duì)目前收集的事故種類，其中不乏由于急停開關(guān)被誤操作而導(dǎo)致次生危害的產(chǎn)生。針對(duì)這種情況，因此標(biāo)準(zhǔn)要求急停裝置應(yīng)具備防止誤操作的措施，例如防撞罩。

3 介電強(qiáng)度試驗(yàn)是否加入直流試驗(yàn)要求

NB/T 33001-2010中規(guī)定了工頻耐壓，其目的是為了保證產(chǎn)品中的絕緣必須能承受高壓試驗(yàn)以確定出現(xiàn)在配電系統(tǒng)中受到過電壓作用和正常工作時(shí)的工作電壓共同作用時(shí)絕緣不會(huì)被擊穿。

如果被試絕緣上跨接有電容器，則建議采用直流試驗(yàn)電壓。與被試絕緣并聯(lián)提供直流通路的元件應(yīng)斷開。原因是電容器的通交隔直的特性，用交流測(cè)試時(shí)可能無(wú)法充滿這些電容，包括離散電容，這時(shí)就會(huì)有一個(gè)持續(xù)電流流過這些電容器，容易造成漏電流過大造成誤判。

因此建議在NB/T 33001-201X介電強(qiáng)度試驗(yàn)中加入直流試驗(yàn)的建議。直流電壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)電壓是交流試驗(yàn)電壓值的1.414倍。除非另有規(guī)定，施加到樣品上的試驗(yàn)電壓應(yīng)為紋波系數(shù)不大于3%的直流電壓。

直流介電強(qiáng)度測(cè)試儀必須能在較短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)被試絕緣上跨接電容器的充電要求。直流試驗(yàn)電壓值的容許偏差為±3%，容許偏差為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值和電壓實(shí)測(cè)值間的偏差，以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定直流1 414 V為例，直流電壓實(shí)測(cè)值必須在1 372～1 456 V之間才能滿足要求。

對(duì)樣品進(jìn)行直流介電強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)從要求值的一半開始，然后以每秒增大5%試驗(yàn)電壓的升壓速率提升測(cè)試電壓。

4 標(biāo)準(zhǔn)是否需要引入“電流不平衡度”指標(biāo)

NB/T 33001-201X中引入了“均流不平衡度”。充電機(jī)在多臺(tái)模塊并機(jī)工作狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，如果每個(gè)整流模塊輸出的電流值大小不等，將會(huì)使輸出電流值過大的模塊超負(fù)荷運(yùn)行，影響使用壽命，系統(tǒng)輸出不穩(wěn)定。

φ=(Iolim-Ioavg)/Inormal×100%

式中：φ為均流不平衡度；Iolim為模塊輸出電流極限值；Ioavg為模塊輸出電流平均值；Inormal為模塊的額定電流值。

均流不平衡度是反映模塊電源的一種非常重要的指標(biāo)，關(guān)系到系統(tǒng)整體的輸出穩(wěn)定以及使用壽命。不平衡度越小，直流電源均分性能越好，即各模塊實(shí)際輸出電能值距系統(tǒng)要求值的偏離點(diǎn)和離散性越小，系統(tǒng)各模塊處于最佳工作狀態(tài)。對(duì)一些大容量的系統(tǒng)，均流不平衡度指標(biāo)會(huì)被要求控制在5%以內(nèi)。

目前常見的均流技術(shù)有“壓降均分法”、“均流環(huán)路補(bǔ)償法”和“均流控制器法”3種，其技術(shù)特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方法見表8。

表8 3種均流技術(shù)的比對(duì)

均流不平衡度一直是充電機(jī)的難題，特別是針對(duì)大輸出電流的直流充電機(jī)來(lái)說。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)中明確提出可靠性指標(biāo)、穩(wěn)流穩(wěn)壓精度和輸出電流電壓誤差都提升的情況下，標(biāo)準(zhǔn)中必須提出均流不平衡度的指標(biāo)。選擇何種均流技術(shù)滿足標(biāo)準(zhǔn)、均流不平衡度的具體指標(biāo)是目前NB/T 33001-201X急需解決的技術(shù)問題。

5 目前技術(shù)條件下可靠性的要求是否需要保留

NB/T 33001-201X草稿中明確提出了平均故障間隔時(shí)間(MTBF)應(yīng)大于等于17 520 h(置信度為85%)。但是在互聯(lián)互通問題沒有解決的情況下，這個(gè)平均故障間隔時(shí)間(MTBF)是沒有任何意義的。

17 520 h=2年，電動(dòng)汽車的技術(shù)不斷發(fā)展，電池技術(shù)也持續(xù)改進(jìn)，充電機(jī)技術(shù)也肯定要隨之提升?；仡?年前的充電機(jī)技術(shù)，大家不難發(fā)現(xiàn)，那時(shí)的充電機(jī)基本都消失了。所以建議NB/T 33001-201X暫時(shí)無(wú)須考慮可靠性的相關(guān)要求。把產(chǎn)品可靠性交給市場(chǎng)去進(jìn)行評(píng)估和決定，條件成熟的情況下再考慮。

6 結(jié)束語(yǔ)

NB/T 33001《電動(dòng)汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)技術(shù)條件》和NB/T 33002《電動(dòng)汽車交流充電樁技術(shù)條件》的修訂受到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。如何實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)為產(chǎn)業(yè)保駕護(hù)航、推動(dòng)電動(dòng)汽車充電設(shè)施行業(yè)快速健康的發(fā)展，是擺在標(biāo)準(zhǔn)修訂組面前的千金重?fù)?dān)。希望這篇文章能起到拋磚引玉的作用，眾志成城、齊心協(xié)力一起為中國(guó)汽車充電設(shè)備的前進(jìn)做出貢獻(xiàn)。

【1】GB/T 2424.10-2012環(huán)境試驗(yàn) 大氣腐蝕加速試驗(yàn)的通用導(dǎo)則[S]．

【2】GB/T2 423.17-2008電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分:試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Ka：鹽霧[S]．

【3】GB 4208-2008外殼防護(hù)等級(jí)(IP代碼)[S]．

【4】GB/T 4797.1-2005電工電子產(chǎn)品自然環(huán)境條件 溫度和濕度[S]．

【5】GB/T 4797.2-2005 電工電子產(chǎn)品自然環(huán)境條件 第2部分：海拔與氣壓、水深與水壓[S]．

【6】GB/T 4797.6-2013環(huán)境條件分類 自然環(huán)境條件 塵、沙、鹽霧[S]．

【7】GB/T 16935.1-2008低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合 第1部分：原理、要求和試驗(yàn)[S]．

【8】GB/T 18487.1-2015電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 第1部分:通用要求[S]．

【9】NB/T 33001-2010電動(dòng)汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)技術(shù)條件[S]．

【10】NB/T 33002-2010電動(dòng)汽車交流充電樁技術(shù)條件[S]．

Thoughts on Some Technical Problems in the Standard Draft NB/T 33001-201X

CHEN Yongqiang1, ZHANG Xuxing2, SU Shaorui3
(1.Vkan Certification & Testing Co.,Ltd.,Guangzhou Guangdong 510663,China; 2.China Electric Appliance Science Research Institute Co., Ltd., Guangzhou Guangdong 510663,China;3.Vkan Certification & Testing Co.,Ltd., Guangzhou Guangdong 510663,China)

Some technical problems in NB/T 33001-201XSpecificationforElectricVehicleOff-boardConductiveChargerstandard draft were analyzed and discussed, including working environment temperature, altitude height influence on the safety index, metal salt spray test,degrees of protection provided by enclosure about product’s environmental adaptability. At the same time, four problems were discussed, namely “Was emergency stop device needed to be canceled?”,“Was the DC test required to be added to the dielectric strength test?”,“Was current unbalance index required to be introduced into the standard?”,“Was the requirement for reliability required to be retained under current technical conditions?”.

Electric vehicle;Off-board conductive charger; Environmental adaptability

2016-04-13

陳永強(qiáng)(1975—)，男，碩士，高級(jí)工程師，從事電動(dòng)汽車充電設(shè)備產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)技術(shù)研究。E-mail：chenyq@cvc.org.cn。

U491.2+54

A

1674-1986(2016)06-042-05