竇汝鵬，王嬌嬌，李 津

（中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300）

近年來，影響電動(dòng)汽車推廣的兩大主要因素是里程焦慮和充電焦慮。隨著動(dòng)力電池技術(shù)的不斷突破，電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程逐漸提高。與此同時(shí)，充電反而變成了一個(gè)核心技術(shù)問題，甚至成為中外新一輪技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)問題，及時(shí)、快速地電能補(bǔ)給已經(jīng)成為電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須面臨解決的需求。直流充電由于充電電流大、充電時(shí)間短，已經(jīng)成為各國(guó)爭(zhēng)相投入研發(fā)的領(lǐng)域。隨著電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，充電兼容性問題漸漸成為影響充電便利性的主要因素［1］。2015年底，GB/T 27930—2015、GB/T 18487.1—2015和GB/T 20234—2015（以下簡(jiǎn)稱“新國(guó)標(biāo)”）發(fā)布［2-3］，新能源汽車的充電系統(tǒng)紛紛按照新國(guó)標(biāo)進(jìn)行改造和設(shè)計(jì)。隨后，中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司的電氣系統(tǒng)室圍繞新國(guó)標(biāo)展開了試驗(yàn)室測(cè)試，測(cè)試主要從車輛單邊測(cè)試、充電樁單邊測(cè)試以及車樁匹配測(cè)試3個(gè)方面進(jìn)行，通過充電過程中的時(shí)序、通信及功能方面出現(xiàn)的問題發(fā)現(xiàn)電動(dòng)汽車的充電兼容性已逐漸成為影響新能源汽車發(fā)展的重要因素。為了更好地了解市面上的真實(shí)情況，本研究在試驗(yàn)室測(cè)試成果的基礎(chǔ)上展開，針對(duì)試驗(yàn)室測(cè)試中出現(xiàn)的問題及試驗(yàn)室與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的差異，設(shè)計(jì)了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的方案，選取了市面上10余種主流車型、京津冀、上海、深圳等地40余個(gè)直流充電站進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試車輛的選取方式以4S店隨機(jī)選取與租用共享電動(dòng)汽車為主，測(cè)試場(chǎng)地的選取采用運(yùn)營(yíng)商主動(dòng)申報(bào)和APP隨機(jī)選取相結(jié)合的方式。下面將對(duì)測(cè)試過程中遇到的問題進(jìn)行分類整理并進(jìn)行分析。

1 測(cè)試方案設(shè)計(jì)

在試驗(yàn)室的充電兼容性測(cè)試中，問題集中發(fā)生在通信、時(shí)序以及功能性等幾個(gè)方面。基于上述問題，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)了可用于現(xiàn)場(chǎng)車樁互操作性測(cè)試的設(shè)備，具備數(shù)據(jù)采集及故障模擬的功能，車樁連接裝置示意如圖1所示。將充電樁的充電槍插在該設(shè)備上，通過雙頭槍將設(shè)備連接到電動(dòng)汽車上，在設(shè)備內(nèi)部將連接充電樁和電動(dòng)汽車的接口通過繼電器和導(dǎo)線連接，利用示波器監(jiān)控電壓和電流信號(hào)，利用CAN盒監(jiān)控CAN信號(hào)。該設(shè)備除了可以讀出報(bào)文、時(shí)序等信息，還可以控制繼電器模擬發(fā)生故障時(shí)的連接斷開［4-5］。圖1中，DC+、DC-分別為直流電源正極和負(fù)極，PE為車身搭鐵，CC1、CC2分別為非車載充電機(jī)連接確認(rèn)及車輛連接確認(rèn)信號(hào)，S+、S-為充電通信信號(hào)，A+、A-為低壓輔助電源的正極和負(fù)極，圖1中標(biāo)注的信號(hào)均可以通過測(cè)試設(shè)備采集。

圖1 車樁連接裝置示意圖

2 測(cè)試結(jié)果匯總分析

下文將綜合各個(gè)地區(qū)的測(cè)試情況，將測(cè)試結(jié)果匯總，從現(xiàn)場(chǎng)充電環(huán)境、充電接口以及絕緣檢測(cè)等方面進(jìn)行分析，給出國(guó)內(nèi)車樁充電時(shí)存在的普遍問題。

2.1 充電環(huán)境問題

1）充電結(jié)束后充電槍不歸位，隨處放置，如圖2所示。充電接口的試驗(yàn)室測(cè)試是依據(jù)GB/T 20234.1—2015，在現(xiàn)場(chǎng)被隨意放置的充電槍會(huì)在來往車輛的行駛過程中反復(fù)碾壓，在這種情況下，即使是通過測(cè)試的充電槍，也無法保證其耐久性。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)充電槍亂放

2）燃油車占位，如圖3所示。目前充電樁的數(shù)量還沒有完全滿足使用需求，而北京、上海等地停車位相對(duì)稀缺就導(dǎo)致有的車主把車停到充電位上，使得本就緊張的充電資源在這種情況下愈加凸顯。

圖3 燃油車占位

3）電動(dòng)汽車充電口位置問題。有的電動(dòng)汽車充電接口設(shè)置在車身的一側(cè)，如果充電樁在路邊且電動(dòng)汽車的充電接口和充電樁在相反的位置，而充電線長(zhǎng)度不夠，就無法進(jìn)行充電，如圖4所示。

圖4 充電槍與充電接口不在一側(cè)

4）充電APP不能反應(yīng)充電站點(diǎn)的實(shí)際情況，當(dāng)車主到達(dá)目的地后發(fā)現(xiàn)站點(diǎn)是私人樁或者充電樁處于不可用狀態(tài)，會(huì)造成充電焦慮，如果下一個(gè)可用樁在較遠(yuǎn)的地方可能導(dǎo)致電動(dòng)汽車電量耗盡而無法行駛。

2.2 充電接口問題

1）插頭與插座之間存在干涉。如圖5所示，車輛插頭與車輛插座尺寸均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但由于車輛內(nèi)部空間尺寸設(shè)計(jì)問題而導(dǎo)致的干涉情況，可能引起充電失??；另外，干涉還可能導(dǎo)致插頭插座雖未完全插合，但是充電可以正常進(jìn)行，而使得接口處過熱，引發(fā)充電接口的燒蝕，甚至引起火災(zāi)。

圖5 車輛插頭與車輛插座有干涉

2） 充電接口燒蝕（圖6）。有一部分原因是由于長(zhǎng)期充電發(fā)熱導(dǎo)致的老化；還有一部分是因?yàn)椴煌瑥S家的充電接口在匹配時(shí)由于存在干涉，不能完全接觸引起，若一個(gè)充電槍出現(xiàn)了燒蝕的情況，那么該充電槍在給車輛進(jìn)行充電時(shí)會(huì)有傳染的現(xiàn)象，因此燒蝕現(xiàn)象一旦出現(xiàn)，將會(huì)大面積破壞車輛接口及充電設(shè)施接口，嚴(yán)重的情況下還會(huì)引起火災(zāi)。

圖6 充電接口燒蝕

2.3 絕緣檢測(cè)問題

GB/T 18487.1—2015附錄 B.3.3中的非車載充電機(jī)自檢中規(guī)定：在車輛接口完全連接后，閉合K3和K4，使低壓輔助供電回路導(dǎo)通；閉合K1和K2，進(jìn)行絕緣檢測(cè)，絕緣檢測(cè)時(shí)的輸出電壓應(yīng)為車輛通信握手報(bào)文內(nèi)的最高允許充電總電壓和供電設(shè)備額定電壓中的較小值。通過測(cè)試采集到的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)有以下3種違反規(guī)定的情況。

1）圖7中，插槍后直接有充電電壓，并且沒有絕緣檢測(cè)就進(jìn)行充電，這樣可能導(dǎo)致用戶在插槍時(shí)就有觸電的危險(xiǎn)，對(duì)車輛本身也有可能造成過壓的風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 插槍直接有電壓

2）圖8中，插槍后沒有進(jìn)行絕緣檢測(cè)，充電樁就響應(yīng)電動(dòng)汽車的充電需求，如果此時(shí)有絕緣故障，可能在充電過程中給用戶帶來觸電的風(fēng)險(xiǎn)。

圖8 沒有絕緣檢測(cè)

3）圖9中，利用充電樁可輸出的最低電壓（200 V）進(jìn)行絕緣檢測(cè)，而不是BHM和供電設(shè)備額定電壓里的較小值，這種處理方式會(huì)降低絕緣檢測(cè)的電壓，不符合國(guó)標(biāo)的要求。

4）圖10中，插槍后，CC1： 0 V→4 V，CC2：0 V→2.4 V→4.8 V，由于絕緣檢測(cè)影響了CC2電路連接，絕緣檢測(cè)后CC2電壓降為0，導(dǎo)致BMS沒有喚醒。

圖9 利用最低輸出電壓進(jìn)行絕緣檢測(cè)

圖10 充電樁絕緣檢測(cè)后，車輛端的CC2電壓歸零導(dǎo)致不能充電

3 總結(jié)

在已經(jīng)進(jìn)行的測(cè)試中，無法充電的現(xiàn)象只屬于少數(shù)，但充電過程中暴露出了很多充電安全問題。從測(cè)試結(jié)果的分析可以看出，任何一個(gè)細(xì)節(jié)都會(huì)導(dǎo)致安全隱患，市場(chǎng)對(duì)于充電安全的規(guī)范需求日益迫切，新國(guó)標(biāo)的嚴(yán)格遵守也勢(shì)在必行。

［1］ 海燕.充電樁兼容性難題有望解決［N］.中國(guó)質(zhì)量報(bào)，2015-09-28.

［2］ GB/T 27930—2015，電動(dòng)汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議［S］.

［3］ GB/T 18478.1—2015，電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 第1部分：通用要求［S］.

［4］ 張萱，董晨，李旭玲.電動(dòng)汽車非車載充電機(jī)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵參數(shù)驗(yàn)證設(shè)計(jì)［J］.電測(cè)與儀表，2015（11）：124-128.

［5］ 竇汝鵬，王白俠，李川.電動(dòng)汽車充電協(xié)議測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與問題分析［J］.汽車電器，2017（12）：5-8.