陳 卓，賀 春，朱洋洋，任高全，李二海

關(guān)于電動(dòng)汽車直流充電樁接地連續(xù)性測(cè)試的分析

陳 卓，賀 春，朱洋洋，任高全，李二海

(許昌開普檢測(cè)研究院股份有限公司，河南 許昌 461670)

當(dāng)充電過程中發(fā)生直流充電樁與電動(dòng)汽車之間的接地連續(xù)性斷開故障時(shí)，會(huì)有觸點(diǎn)安全事故發(fā)生的可能性。然而當(dāng)PE觸點(diǎn)斷開時(shí)，充電樁和電動(dòng)汽車僅能夠通過檢測(cè)點(diǎn)1的電壓和檢測(cè)點(diǎn)2的電壓進(jìn)行判斷，這兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的電壓同時(shí)也肩負(fù)著表征充電連接的完好性的任務(wù)，因此，有必要對(duì)直流充電樁接地連續(xù)性的測(cè)試進(jìn)行分析。特別分析了PE針斷線時(shí)充電樁檢測(cè)點(diǎn)1和檢測(cè)點(diǎn)2的電壓值變化，以說明充電樁無法檢測(cè)出PE針斷線。另外給出了關(guān)于充電過程中的接地連續(xù)性斷開檢測(cè)的檢測(cè)點(diǎn)分布。

電動(dòng)汽車直流充電樁；控制導(dǎo)引；接地連續(xù)性；保護(hù)

0 標(biāo)準(zhǔn)要求

GB/T 18487.1中5.2.1.2節(jié)中規(guī)定：在失去保護(hù)接地導(dǎo)體電氣連續(xù)性的情況下，電動(dòng)汽車供電設(shè)備應(yīng)在100 ms內(nèi)切斷電源。

該項(xiàng)目規(guī)定了電動(dòng)汽車供電設(shè)備在充電過程中對(duì)電氣安全性能應(yīng)有的保護(hù)措施。

接地良好的優(yōu)點(diǎn)很多，但是最為關(guān)鍵的是如果兩個(gè)系統(tǒng)沒有共同接地而進(jìn)行電氣傳輸時(shí)，直流電源系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測(cè)功能將降低。比如在A系統(tǒng)和B系統(tǒng)之間進(jìn)行電氣傳輸時(shí)，A系統(tǒng)在進(jìn)行絕緣監(jiān)測(cè)，B系統(tǒng)發(fā)生了絕緣故障，一旦發(fā)生A系統(tǒng)和B系統(tǒng)之間的接地?cái)嚅_，A系統(tǒng)將無法檢測(cè)出絕緣故障。而這些將會(huì)是一個(gè)非常嚴(yán)重的安全問題。

充電樁與電動(dòng)汽車之間的保護(hù)接地導(dǎo)體連接在控制導(dǎo)引回路中的示意圖如圖1所示，紅色橢圓標(biāo)注處斷開即為業(yè)內(nèi)比較關(guān)注的PE針斷開。

1 問題分析

該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)是專為電動(dòng)汽車供電設(shè)備而規(guī)定的，也就是說電動(dòng)汽車供電設(shè)備需要在整個(gè)充電過程中都能監(jiān)測(cè)到該處是否有未連接的狀態(tài)。而根據(jù)圖1，電動(dòng)汽車供電設(shè)備(即非車載充電機(jī))僅能通過檢測(cè)點(diǎn)1的電位變化來偵測(cè)接口處是否有保護(hù)接地連續(xù)性丟失的情況，把等效電路摘出來，進(jìn)行詳細(xì)分析，如圖2所示。

根據(jù)GB/T 18487.1中規(guī)定，1=2=4=1 kΩ，1=12 V，完全連接時(shí)，根據(jù)歐姆定律，檢測(cè)點(diǎn)1電壓為4 V。而當(dāng)保護(hù)接地導(dǎo)體斷開(即圖2虛線處斷開)時(shí)，等效電路圖如圖3所示。

此時(shí)，根據(jù)基爾霍夫電流定律可得

根據(jù)基爾霍夫電壓定律可得

圖1 控制導(dǎo)引電路簡(jiǎn)圖

圖2 接地?cái)嚅_前等效電路圖

圖3 接地?cái)嚅_后等效電路圖

GB/T 18487.1中規(guī)定，式中1、2、3、4、5均為1 kΩ，若由表示，上述三式可推算出：

從而檢測(cè)點(diǎn)1的電壓值為

GB/T 18487.1中規(guī)定，1為12 V，2推薦為12 V，但是可根據(jù)廠家自主定義其電壓值。這里為了測(cè)試電動(dòng)汽車供電設(shè)備對(duì)于保護(hù)接地連續(xù)性斷開的偵測(cè)能力，需要考慮電動(dòng)汽車出現(xiàn)的各種可能性。先計(jì)算出2=5 V的情況。

再計(jì)算2=12 V的情況

最后計(jì)算2=24 V的情況

然而，檢測(cè)點(diǎn)1的電壓值主要被電動(dòng)汽車供電設(shè)備用來監(jiān)測(cè)CC1是否完全連接，其誤差范圍根據(jù)GB/T 18487.1中表B.1中規(guī)定：在完全連接時(shí)(狀態(tài)C)，其精度為3.2~4.8 V。也就是說，檢測(cè)點(diǎn)1電壓處于3.2~4.8 V時(shí)，電動(dòng)汽車供電設(shè)備應(yīng)處于正常工作狀態(tài)。

2 解決方案

根據(jù)式(4)，可以反向計(jì)算出能夠讓電動(dòng)汽車供電設(shè)備偵測(cè)出保護(hù)導(dǎo)體接地連續(xù)性丟失的最低電壓值為

因此，2大于等于13.6 V時(shí)才可以使電動(dòng)汽車供電設(shè)備根據(jù)檢測(cè)點(diǎn)1的電位判斷出保護(hù)導(dǎo)體接地連續(xù)性是否丟失。

根據(jù)以上分析，若使電動(dòng)汽車供電設(shè)備具備偵測(cè)出保護(hù)導(dǎo)體接地連續(xù)性丟失的方法有以下幾種。

方案1：還是以檢測(cè)點(diǎn)1的電位來判斷，默認(rèn)電動(dòng)汽車充電控制裝置中2的電壓為12 V，取誤差極限(1=12.8 V，2=11.2 V)進(jìn)行計(jì)算檢測(cè)點(diǎn)1的電壓值為

即檢測(cè)點(diǎn)1的電壓若是低于3.89 V，則判斷為保護(hù)導(dǎo)體接地連續(xù)性丟失。

此種方法的劣勢(shì)很明顯。首先，檢測(cè)點(diǎn)1用來判斷CC1接觸良好情況的誤差范圍最低到3.2 V，若是判斷3.89 V以下為保護(hù)導(dǎo)體接地連續(xù)性丟失，則需要舍棄3.2~3.89 V之間作為充電接口完全連接的誤差字段。其次，僅能判斷2為12 V的情況下保護(hù)導(dǎo)體接地連續(xù)性丟失的情況。

方案2：判斷方法為偵測(cè)檢測(cè)點(diǎn)1的電位跳動(dòng)，若是在充電過程中檢測(cè)點(diǎn)1的電位有0.1 V以上的跳動(dòng)，則判斷為接地連續(xù)性丟失(或連接斷開，因兩種故障都屬于嚴(yán)重故障，都需要在100 ms內(nèi)斷開輸出接觸器K1和K2，故可以放在一起進(jìn)行判斷)。這種方法雖然完美解決了方法一中提到的誤判斷情況，但是對(duì)于啟動(dòng)充電前就出現(xiàn)的接地連續(xù)性故障無法判斷，依然存在接地連續(xù)性丟失的安全隱患。

分析到這里，似乎已經(jīng)出現(xiàn)了不可調(diào)和的矛盾：標(biāo)準(zhǔn)要求充電樁應(yīng)能夠檢測(cè)出接地連續(xù)性斷開，并進(jìn)行保護(hù)；標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的控制導(dǎo)引電路在原理上又不能給出使充電樁檢測(cè)出接地連續(xù)性斷開的方法。因此只能更加開闊思路，去分析另外的可能性。

方案3：既然檢測(cè)點(diǎn)1的電壓在接地連續(xù)性斷開后受到2的影響，2系統(tǒng)連接電動(dòng)汽車外殼，而充電樁系統(tǒng)也連接大地，是否如果僅僅是連接處PE針斷開這樣的故障并不影響電動(dòng)汽車在充電過程中的充電安全呢？采用仿真的手段先去考察PE針斷開后，電動(dòng)汽車的絕緣檢測(cè)功能是否失效。

當(dāng)電動(dòng)汽車內(nèi)部發(fā)生絕緣故障時(shí)，PE斷針對(duì)絕緣檢測(cè)不受任何影響，因?yàn)榻^緣檢測(cè)的電路并未發(fā)生任何變動(dòng)。

當(dāng)充電樁處發(fā)生絕緣故障時(shí)，絕緣檢測(cè)電路原理如圖4所示。

圖4 絕緣故障模擬電路圖

圖中，紅色方框標(biāo)注處為當(dāng)處線上電流值，與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的100 Ω/V誤差為3.37%，16935.1-2008中規(guī)定的絕緣檢測(cè)誤差為5%。因此當(dāng)充電樁處發(fā)生絕緣故障后，電動(dòng)汽車的絕緣檢測(cè)裝置依然能夠檢測(cè)出該絕緣故障。所以由以上的分析，PE針的斷開并不影響絕緣檢測(cè)的運(yùn)行。

然后我們?cè)偃タ疾霵E斷針后電動(dòng)汽車和充電樁的電擊防護(hù)性能，當(dāng)PE針未斷開的時(shí)候，車身地與充電樁接地有可靠的導(dǎo)線連接，而PE針斷開后，由控制導(dǎo)引電路圖可以看出，車身地與充電樁接地之間有2 kΩ的阻抗，無論是哪種防護(hù)級(jí)別，這個(gè)阻抗都過大了，不符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。

方案4：

圖5 接地?cái)嚅_后等效電路圖

既然矛盾無法解決，就需要讓矛盾轉(zhuǎn)移，可以看看如果PE斷針后檢測(cè)點(diǎn)2的電壓變化是多少。

由式(3)和式(4)可得PE針斷開后：

從而可得檢測(cè)點(diǎn)2的電壓為

本文通過分析控制導(dǎo)引電路中供電設(shè)備和電動(dòng)汽車的連接檢測(cè)點(diǎn)的電位變化，對(duì)接地連續(xù)性的分工可以進(jìn)行如下設(shè)定：以上圖中標(biāo)注處為分界點(diǎn)，紅色區(qū)域由供電設(shè)備進(jìn)行接地連續(xù)性的監(jiān)測(cè)。黃色標(biāo)注處由電動(dòng)汽車進(jìn)行接地連續(xù)性的監(jiān)測(cè)。

在進(jìn)行接地連續(xù)性斷開測(cè)試的時(shí)候，供電設(shè)備端需要斷開的點(diǎn)如圖7所示，車輛端測(cè)試接地連續(xù)性需要斷開的點(diǎn)如圖8所示。

圖6 控制導(dǎo)引電路簡(jiǎn)圖

圖7 接地連續(xù)性斷開測(cè)試點(diǎn)示意圖(供電設(shè)備)

圖8 接地連續(xù)性斷開測(cè)試點(diǎn)示意圖(電動(dòng)汽車)

3 結(jié)論

GB/T 18487.1—2015中5.2.1.2節(jié)中規(guī)定：在失去保護(hù)接地導(dǎo)體電氣連續(xù)性的情況下，電動(dòng)汽車供電設(shè)備應(yīng)在100 ms內(nèi)切斷電源。附錄B中規(guī)定：在充電過程中，車端應(yīng)能檢測(cè)PE針斷線。只是標(biāo)準(zhǔn)并未清晰地說明接地連續(xù)性的偵測(cè)應(yīng)該如何由供電設(shè)備和電動(dòng)汽車分工。

[1] 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.

[2] NB/T 33008.1-2013電動(dòng)汽車充電設(shè)備檢驗(yàn)試驗(yàn)規(guī)范第1部分非車載充電機(jī).

[3] 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.

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Analysis on the test of the earthing of continuity in electric vehicle DC charging pile

CHEN Zhuo, HE Chun, ZHU Yangyang, REN Gaoquan, LI Erhai

(Xuchang KETOP Testing Technology Co.,Ltd, Xuchang 461670)

There will be the possibility of contact safety accident in the case of the grounding continuity disconnected faults are occured between DC charging piles and electric vehicles during charging process. However, when the PE contact is open, electric vehicles and charging pile only can be judged by the voltage of CC1 and CC2 , which is also the characterization of charging connection integrity, therefore, it is necessary to analyze grounding continuity test for DC charging piles. In this paper, the change of voltage value of CC1 and CC2 of the charging pile is particularly analyzed to show that the PE needle broken can not be detected by the charging pile. In addition, the detection point of the grounding continuity detection in the charging process is also given.

electric vehicle DC charging pile; control pilot; grounding continuity; protection

2017-08-20

陳 卓(1978—),男，碩士研究生，研究方向?yàn)樾履茉措娏ο到y(tǒng)；E-mail: chenzhuo@ketop.cn

賀 春(1973—),男，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)；E-mail: hechun @ketop.cn

朱洋洋(1987—)，男，本科，研究方向?yàn)橹绷鞒潆姌冻鋼Q電系統(tǒng)。E-mail: zhuyangyang@ketop.cn