孫煥新，邊輝

（1. 北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100070；2.北京市工業(yè)技師學(xué)院，北京 100023）

電動(dòng)汽車交流充電樁接地?cái)嗦窚y(cè)試

孫煥新1，邊輝2

（1. 北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100070；2.北京市工業(yè)技師學(xué)院，北京 100023）

文章針對(duì)電動(dòng)汽車交流充電樁存在的安全隱患問題，結(jié)合充電系統(tǒng)控制電路分析了充電樁的接地保護(hù)功能，通過對(duì)充電設(shè)備端的接地?cái)嗦窚y(cè)試，驗(yàn)證交流充電系統(tǒng)的斷電保護(hù)，充分證明了充電樁接地安全的必要性。

電動(dòng)汽車；交流充電樁；接地保護(hù)；斷路測(cè)試

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)07-29-03

前言

純電動(dòng)汽車的能量來源于動(dòng)力電池，而作為二次電池其充電環(huán)節(jié)必不可少。近年來，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展但作為產(chǎn)業(yè)鏈中重要一部分的充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)卻并沒有提速起來。就北京市而言，預(yù)計(jì)到2020年電動(dòng)汽車充電樁配建需求量約達(dá)43.5萬個(gè)。根據(jù)《北京市充電樁質(zhì)量評(píng)測(cè)報(bào)告》顯示，目前北京地區(qū)電動(dòng)汽車充電樁問題諸多，充電過程中存在著安全隱患，危及社會(huì)及人身安全。

1、充電樁接地異常危害

據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，自2010至2016年，電動(dòng)汽車火災(zāi)事故呈現(xiàn)不斷上升趨勢(shì)，造成起火的成因有14%是由于充電引起的。電動(dòng)汽車與充電設(shè)備通訊障礙導(dǎo)致的電池過充、短路、不能提前監(jiān)控、報(bào)警，充電時(shí)防護(hù)措施不當(dāng)，有些充電樁不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，缺少必備的保護(hù)裝置，產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)等，因此充電環(huán)節(jié)安全隱患不可忽視。若論及人身傷害，則更多涉及漏電保護(hù)及充電槍插拔保護(hù)等。充電樁未接地或接地異常，就會(huì)出現(xiàn)人體觸電情況，當(dāng)100mA的電流通過人體1s就足可以使人致命。交流充電樁在負(fù)極絕緣不佳觸碰正極易導(dǎo)致人身觸電，人體觸碰車體或充電樁體也容易導(dǎo)致觸電危險(xiǎn)。在新頒布的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》中，明確規(guī)定了充電樁的安全性要求。在交流充電樁的充電模式下，要求在失去保護(hù)接地的情況下，電動(dòng)汽車供電設(shè)備應(yīng)在100ms內(nèi)切斷電源。

2、充電樁的接地保護(hù)

充電樁分交流充電樁和直流充電樁兩種，交流充電樁提供220V交流電源，經(jīng)過車載充電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏褐绷麟妼?duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電；直流充電樁提供380V三相交流電，通過快充口直接對(duì)電池進(jìn)行充電，不經(jīng)過車載充電機(jī)。國(guó)標(biāo)GB/T20234.1-2015在車輛接口、供電接口方面有了明確規(guī)定，交流充電樁使用的是國(guó)標(biāo)七芯接口，直流充電機(jī)使用的是國(guó)標(biāo)九芯接口。位于車輛端的兩個(gè)充電接口中的PE腳均為接地端（見圖1）。地線PE的作用是將使電動(dòng)汽車車身通過交流充電樁可靠接地。在新國(guó)標(biāo)GB/T 18487.1-2015中，供電設(shè)備端接地線PE必須與電動(dòng)汽車的車身地（圖1中PE腳）相連，才能使得電動(dòng)汽車的充電模式正常工作。

圖1 車輛端充電接口的PE腳

圖2 控制電路原理圖

以交流充電樁使用雙向插頭車輛連接器與電動(dòng)汽車車輛插孔連接的充電方式為例，對(duì)該充電系統(tǒng)控制電路進(jìn)行分析，其電路原理圖如圖2所示。當(dāng)供電設(shè)備開啟充電設(shè)置后，若供電設(shè)備無故障，則檢測(cè)點(diǎn)1處電壓應(yīng)為12V；操作者手拿充電槍并按下機(jī)械鎖時(shí)S3閉合，但車輛接口并未完全連接時(shí)，檢測(cè)點(diǎn)1處電壓為9V；當(dāng)將充電槍完全連接到車輛充電端口后S2閉合，此時(shí)檢測(cè)點(diǎn)1處電壓急速下降，供電設(shè)備通過CC連接確認(rèn)信號(hào)并檢測(cè)充電線可耐受的電流，把S1開關(guān)從12V端切換到PWM端；當(dāng)檢測(cè)點(diǎn)1電壓降到6V時(shí)，供電設(shè)備K1和K2開關(guān)閉合輸出電流，則供電回路導(dǎo)通，當(dāng)電動(dòng)汽車和供電設(shè)備建立電氣連接后，車輛控制裝置通過判斷檢測(cè)點(diǎn)2的PWM信號(hào)占空比確認(rèn)供電設(shè)備的最大可供電能力，如充電樁16A則以占空比為73.4%，因此CP端電壓在6V至-12V之間波動(dòng)，而CC端電壓從4.9V（連接狀態(tài)）下降至1.4V（充電狀態(tài)）。當(dāng)車輛控制裝置判斷充電連接裝置已完全連接（即S3、S2閉合），并完成車載充電機(jī)最大允許輸入電流設(shè)置（S1切換到PWM端、K1和K2閉合）后，車載充電機(jī)開始對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。在次過程中，如果PE接地線斷開，則檢測(cè)點(diǎn)無電壓變化，供電回路無法導(dǎo)通，電動(dòng)汽車與供電設(shè)備之間無法建立電氣連接，則車載充電機(jī)處于斷電狀態(tài)。

3、充電系統(tǒng)接地?cái)嗦窚y(cè)試

如果交流充電樁充電系統(tǒng)接地出現(xiàn)異常，則供電設(shè)備就會(huì)漏電，會(huì)導(dǎo)致觸電及人身傷亡等事故發(fā)生。因此對(duì)充電樁進(jìn)行測(cè)試檢查是非常有必要的，根據(jù)GB/T 20324、GB/T 18487、NB/T 33008等系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，交流充電樁試驗(yàn)主要包括一般檢查、帶載分合電路試驗(yàn)、連接異常試驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。下面以北汽EV200為例，通過測(cè)試車載充電機(jī)的輸入與輸出端電流變化情況來觀察充電系統(tǒng)PE接地線異常對(duì)充電狀態(tài)的影響。

圖3 車載充電機(jī)測(cè)試輸入輸出端示意圖

在圖3系統(tǒng)中，車載充電機(jī)左側(cè)的端子CC、CP是充電控制信號(hào)線；PE為接地線；L 和N線是220V交流電輸入端。車載充電機(jī)圖中右側(cè)端子是低壓通信端，主要作用是將車載充電機(jī)信號(hào)反饋到VCU的連接信號(hào)確認(rèn)線，喚醒儀表顯示連接狀態(tài)的充電喚醒信號(hào)線，充電機(jī)喚醒VCU和BMS，VCU喚醒儀表啟動(dòng)顯示充電狀態(tài)，動(dòng)力電池內(nèi)部正、負(fù)主繼電器由VCU發(fā)出指令由BMS控制閉合，完成動(dòng)力電池充電。在圖3中車載充電機(jī)的下端與高壓控制盒相連的端子即高壓直流電的輸出端。

圖4 車載充電機(jī)輸出DC電流測(cè)量端

圖5 輸入AC電流 測(cè)量端

圖6 實(shí)測(cè)電流值及波形圖

在PE接地線故障測(cè)試中，利用2個(gè)BCS30的電流感應(yīng)鉗同時(shí)測(cè)量輸入輸出端電流，將電動(dòng)汽車專用數(shù)字萬用表與電腦相連，測(cè)量數(shù)據(jù)并記錄波形。利用自制交流電源供電端設(shè)置PE斷路故障，在PE線正常接地時(shí)接地開關(guān)為ON（見圖5），電流鉗加到L線（或N線）測(cè)量車載充電機(jī)輸入AC電流約16.252A，將另一電流鉗加到車載充電機(jī)輸出DC電源端，實(shí)測(cè)電流約9.276A。當(dāng)PE接地線斷開接地開關(guān)為OFF，測(cè)量車載充電機(jī)輸入AC電流為0A，輸出DC電源端電流0A，再次操作斷路測(cè)試，則兩個(gè)電流瞬間變化為0A。通過在PE端斷路測(cè)試可以知，當(dāng)PE線斷開時(shí)，在PE接地線斷開時(shí)，車載充電機(jī)輸入輸出端沒有電流，即車載充電機(jī)不工作，從而未向高壓控制盒輸出高壓電，動(dòng)力電池就無法充電。交流充電樁的接地保護(hù)是非常必要的。如果沒有接地保護(hù)，充電樁就會(huì)引發(fā)人員觸電危險(xiǎn)，由于充電電路的自我斷電保護(hù)，電動(dòng)汽車與供電設(shè)備之間無法建立，車載充電機(jī)不工作。

[1] 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].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.2015.

[2] 黃默涵.林鑫.電動(dòng)汽車交流充電樁測(cè)試 [J]. 甘肅科技.2014.(8).

[3] 徐坤等.電動(dòng)汽車交流充電樁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]. 河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2016,（3）.

[4] 徐虹,賀鵬,艾欣.電動(dòng)汽車充電功率需求分析模型研究綜述 [J].現(xiàn)代電力.2012.（3）.

A grounding conductor open circuit test on AC charge spots for electric vehicle

Sun Huanxin1, Bian Hui2
（1.Beijing Information Technology College, Beijing 100070; 2.Beijing Industry Technician College, Beijing 100023）

According to the safety hazard of the AC charging spots for electric vehicle, this paper analyzed with the grounding protection function of the charging spots. By checking the grounding conductor of the charging device and verifying the power supply protection of the AC charging system, it is very necessary and safety for grounding on charge spots.

Electric vehicle; AC charge spots; Ground protection; Open circuit test

U467.3

：A

：：1671-7988 (2017)07-29-03

孫煥新，（1980.11-），女，講師，碩士，就職于北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院。從事汽車電子技術(shù)專業(yè)的教學(xué)與研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.07.013