朱祥

貴州電網有限責任公司甕安供電局 貴州省黔南布依族苗族自治州 550400

1 引言

直流和交流充電樁是我國當前電動汽車充電樁中投運數(shù)量最多的種類，為了維持正常運行和使用，更要對檢測與運行維護工作引起高度重視。因此，相關部門要做好對充電樁的檢測工作，對監(jiān)測技術進行分析、使用、優(yōu)化，用以確保充電樁的整體性能，為充電樁的后期維護工作提供便利。

2 電動汽車充電樁的相關介紹

2.1 電動汽車充電樁的充電過程

在電動汽車中，電池的充電、放電活動會出現(xiàn)內部化學物質的反應，與電動汽車充電能效、電池使用年限有關，要求工作人員對充電樁在電流、電壓、溫度進行科學監(jiān)控，在充電樁設計時，更要加強對充電點位安全方面的管理，使電池的損耗降到最小值。作為電動汽車的主要電能補給設施，充電樁的功能類似于加油機，為了按照相應的電流、電壓、輸出功率要求，完成電動汽車的充電任務，充電樁還通常會配有不盡相同的充電接口。檢查整個線路的電壓狀態(tài)，再應用控制軟件，將啟動命令發(fā)送至充電樁，進行充電輸出啟動工作，若充電回路上無源電壓，則會報告硬件故障，自身停止運行，待到重新啟動后，再返回到充電工作狀態(tài)中。

2.2 電動汽車充電樁的主要構成

充電樁通常會被安置于充電站、停車場、高速公路等地，可為電動汽車提供直流、交流的電源充電服務。內部涵蓋了人機交互界面、充電標準接口等部件，也包括了保護、測控，以及分時計量、充電歷史信息查詢與儲存、運行狀態(tài)監(jiān)測等功能。充電樁主要由金屬外殼、人機交互觸摸屏界面、計量計費系統(tǒng)、充電電氣設備等構成，其中的計量計費系統(tǒng)可劃分為計量電能表、計費管理平臺、數(shù)據(jù)讀寫模塊；充電電氣設備可劃分為充電標準接口、充電接口轉接模塊、充電電纜、安全運行保護模塊等。

2.3 電動汽車充電樁的充電技術

現(xiàn)階段，在我國應用比例較高的充電技術中，主要包括了恒流充電、恒壓充電、脈沖充電、間歇充電等，這些技術在充電時間、充電效率、電壓和電流大小、造價、能量轉化率、控制難度、對電池損害等方面各異，其中較為關鍵的參數(shù)為充電時間和充電效率。①恒流充電：即采用恒定電流充電，操作相對簡便，對于電流、電壓的限制較小。其缺陷在于，在剛進行充電的固定時間內，容易因電流較小的緣故，造成充電時長的增加，充電后期電流較大還會降低電動汽車的電池壽命。②恒壓充電：類似于恒流充電，即采用恒定電壓充電。優(yōu)點是控制便捷、操作相對簡單，充電時設定好目標電壓值即可。但充電時仍然存在電流較大的問題，會破壞電池的構造。如果能搭配階段式充電技術，雖然可實現(xiàn)減少充電時間的目標，卻難以達到削弱極化效應的目的，整體上控制難度較大，不利于提高充電能效。③脈沖充電：該充電技術是近幾年來鋰離子電池快速充電的關鍵方法，能夠明顯提升充電速度，降低充電所用時間，也能夠降低析氣量和極化效應。但該技術能量轉換效率有待提升，對于控制的要求較為復雜。④間歇充電：該技術屬于新型的快速充電技術，能源轉化成效較強，但控制上會更加復雜與困難[1]。

2.4 電動汽車充電樁各模塊的作用

①浪涌保護器模塊：可用來預防因雷擊等問題而產生的過量電能，以防對充電樁產生損害。②智能電表模塊：可用來實時監(jiān)測輸入的電壓和電流。③單項斷路器模塊：屬于高壓輸入的一級開關，具有短路、過載、漏電保護功能。④主控模塊：屬于充電樁的中心控制模塊，以主控板為核心，分別同電表和其他輔助模塊進行通信，利用繼電器執(zhí)行開關動作、回檢等，再使用傳感器對充電狀態(tài)加以測量。⑤輔助繼電器：用于和主控板進行通信，完成主控板提出的命令。⑥急停開關：在充電樁發(fā)生異常，或遇到緊急情況下，可切斷輸入電源，對充電樁進行保護。⑦LCD顯示屏：用于操作用戶指令和顯示信息。⑧LED燈板：包括運行指示燈、故障報警指示燈、充電指示燈三部分。⑨交流接觸器：用于控制充電槍通電。⑩讀卡器：用于讀取充點卡上的信息。

3 電動汽車充電樁檢測技術的實際應用

3.1 檢測系統(tǒng)構成

電動汽車充電樁的檢測系統(tǒng)可分為功率模塊、測試模塊、評估模塊三個部分。功率模塊由電池模擬負載、被檢測充電樁組成，能夠完成電阻、電子、饋能負載的檢測，檢測人員可選用直接手動操作的方法，也可進行遠程控制。測試模塊由顯示器、傳感器、測試儀等組成，可用來對充電樁的序列加以檢測，以對比預測電量、實際輸出的方法，可將相關數(shù)據(jù)反饋給檢測人員，使具體的檢測方案得到改進等，能夠直接、精準地判斷發(fā)生問題的實際位置。在評估模塊中，關鍵在于控制元件，能夠確保檢測結果的真實性和準確性，達成一體化結構管理的目標。檢測系統(tǒng)涵蓋了五項裝置，可用來滿足標準規(guī)范中對于控制引導、安全方面、充電輸出等對于檢測項目提出的要求。①車輛控制器模擬盒中，包括BMS模擬軟件、車輛模擬電路、充電槍接口，主要負責形成車輛與充電樁間的導引電路，對車輛BMS系統(tǒng)進行模擬，將有關信號傳輸?shù)綑z測系統(tǒng)的其他元件中。②測試儀器中，由測量與錄波設備構成，能夠對充電樁的開關量、電氣量等信息加以采集。③電池模擬裝置能夠按照檢測工作開展時的負載大小進行控制，采用阻性或電子負載的方式，能夠對內部電壓、電流加以調節(jié)，且電壓元件還可模擬電池在不同情況下的電壓值等。④低壓輔助電源，通常用來模擬車輛內的低壓輔助電源。⑤主控機可用以完成操作平臺的監(jiān)測，顯示出檢測人員在工作中會出現(xiàn)的各種波形數(shù)據(jù)、信號狀態(tài)等，具有良好的人機交互功效。整個檢測系統(tǒng)具有智能化、自動化的特點，還有部分檢測裝置可進行獨立連接，進行功能上的擴展，實現(xiàn)了充電樁按照額定功率，開展負載調節(jié)工作的目標[2]。

3.2 檢測流程分析

3.2.1 檢測外觀與結構

充電樁的環(huán)境條件、電機防護、電源要求、電磁兼容性、耐環(huán)境性能等方面的測試，都要經過我國權威部門認可的檢測機構進行。充電樁在外殼表面的位置上，需要具備接線、接地等安全標識，以及永久性銘牌等，也不可帶有嚴重的積塵、銹蝕。樁體外表要完好無損，銘牌的文字、符號等應清晰可見，一旦發(fā)現(xiàn)了外表存在毛刺、凹凸痕、裂痕、鍍層脫落等問題，則要立即進行更換。樁體內部的各金屬部件，要采用防水、防銹類的不銹鋼等材料，結構上應滿足絕緣指標，可抵御觸電風險，接線應符合布線規(guī)范，外殼具備較高的硬度，耐高溫、抗腐蝕性指標滿足實際使用要求，可以防止水淹、水濺而帶來的設備損壞問題。充電樁外還要配有急停按鈕，便于在發(fā)生電路、設備故障時可以盡快切斷電源，避免故障問題影響的擴大和加劇。

3.2.2 檢測控制引導

在此項工作環(huán)節(jié)中，檢測人員通常要運用非車載充電機，重點檢查電動汽車插頭連接情況，明確充電樁的電壓值。如果發(fā)現(xiàn)插頭沒有接通插座，檢測人員要檢查CC1當前的充電情況、實際電壓大小，人工開啟充電槍開關，再利用數(shù)字電壓表的力量，得到CC1的數(shù)據(jù)信息，用示波器檢查電流、電壓大小。如果插頭接通了插座，則要保證開關斷開，重復上述動作，對實際充電情況進行檢查。此時還要將按鈕拔出，維持開關的關閉狀態(tài)，當車輛插頭和插座連接后，再查看CC1的電流、電壓值，以及相應的充電情況。在檢測人員檢查電子鎖之時，要側重于觀察其封閉狀態(tài)，在充電連接恢復正常狀態(tài)后，還要盡快將電子鎖關閉[3]。

3.2.3 檢測統(tǒng)一性與互操作性

還會及時對檢測中遇到的各類檢測人員需要完成的首要任務，在于靈活應用測試模擬裝置，制定檢測工作進行中應當使用的秘鑰。整個檢測工作中會使用到測試儀，對于各項信息、檢測過程加以記錄，故障、問題進行處理，之后還會經過仿真設備終端，對發(fā)送的信號加以接收。一旦檢測人員提出了指令要求，檢測中生成的各類信息則會被發(fā)送，在測試模擬裝置中得到高效儲存。

3.2.4 檢測電能質量

在交流充電樁電源附近，檢測人員通常要確定實際工作開展的方位，保證在充電樁閉合之時，選用樁頭連接電源。綜合運用負載控制器等裝置，精確調整檢測中的電壓、電流等參數(shù)，獲得充電狀態(tài)的具體信息。此時還要對電流值和電壓值進行詳細記錄，檢測工作開展時間等內容也要包含在內。整個電能質量檢測工作要在電流較為穩(wěn)定的狀態(tài)下開展，有助于保證檢測后獲得的數(shù)據(jù)具有更強的可靠性、精準度。

3.2.5 檢測保護與絕緣

如果交流輸出電壓超過過壓保護值，則會在無輸出電壓的情況下，立刻做出停止運行的動作。當故障被排除以后，如果此時電源電壓滿足了充電要求，便能盡快恢復正常運轉。監(jiān)測人員應關注截面的充足性和接地的可靠性，留意接頭、螺絲的壓接等，充電機的金屬殼應設置好接地螺栓，直徑要至少為6毫米。所有座位隔離帶點導體的電氣元件、金屬隔板、金屬手柄等都要接地，控制連續(xù)性電阻在0.1歐以內。在地埋電纜和電纜屏蔽檢查中，絕緣電阻要至少為10兆歐。

3.2.6 檢測功效

檢測功效的環(huán)節(jié)通常適用于直流充電樁，需要檢測人員將電流調整到恒壓狀態(tài)，搭配使用負載連接的方式。電壓值通常會有最大值限制，額定輸出電流值的50%～100%，即為調節(jié)后的負載電流，可便于檢測人員對充電樁輸入、輸出的有功功率加以檢測。在將充電樁調整為恒流狀態(tài)后，檢測人員要立即對輸出電流進行調整，使其整定值為額定值，額定電壓的有關信息也要進行輸入，便于維持電壓整定值可在需求的范圍內發(fā)生變化的狀態(tài)，之后再對充電樁的輸入、輸出有功功率進行二次檢測，將最后的結果進行保存。

3.3 檢測項目分析

3.3.1 穩(wěn)壓穩(wěn)流精度檢測

在該項檢測工作中，重點對充電樁在各種情況下的電流、電壓穩(wěn)定性進行了檢驗，展示了充電模塊本身的功能。被檢測充電樁需要設定為恒壓模式，按照銘牌上的參數(shù)與標準檢測點，要求檢測人員將輸出電流設定為80安、輸出電壓設定為750伏。被檢測充電樁可安裝3組功率為20千瓦的模塊，根據(jù)充電需求功率的增加，控制功率增幅超過額定功率的1/2。如果在這一檢測點下難以維持電流和電壓穩(wěn)定，原因通常在于充電功率模塊的控制策略與硬件性能[4]。

3.3.2 通訊超時檢測

如果在充電樁正常充電運行的過程中，檢測儀發(fā)生了通訊超時的現(xiàn)象，則會使充電活動得到終止，同時進入第三次重新連接的狀態(tài)，重新啟動充電現(xiàn)象也會發(fā)生。第三次重新連接中，充電樁沒有成功發(fā)送握手報文CHM，成為了啟動充電失敗的主要原因。

3.3.3 輸出過壓保護檢測

在此項檢測項目開展之時，電池模擬裝置會發(fā)生動作，位于充電回路的正負極位置上，施加超過充電樁極限值的過電壓，充電樁會在此時斷開直流接觸器，同時停止運行。其中，直流接觸器的前端電壓、充電功率模塊的輸出電壓值會相等，在模擬過電壓后，充電功率模塊會作出特殊動作，即在維持特定電壓輸出5秒后才會停止運行。其原因通常在于，充電樁發(fā)生電壓故障后，充電控制器會發(fā)送CST報文，目標為BMS，之后進入到結束充電階段，但延遲的5秒后會判斷出為接收到BST報文，造成關機命令被延長了5秒，充電樁則會出現(xiàn)未能立即停止運行的現(xiàn)象。

3.3.4 絕緣自檢測

在充電樁啟動充電前檢查整個充電回路絕緣性的過程中，絕緣自檢測是其中的一項重要環(huán)節(jié)，整個檢測中充電樁通常會發(fā)生兩種故障，即開展絕緣檢測和絕緣檢測電壓值的錯誤。在具體檢測工作中，模擬電池的電壓若在10伏以內，充電樁應該正常開展絕緣自檢測工作，如果檢測中具有充電樁未能按照要求啟動絕緣檢測的問題，則原因通常在于IMD模塊的投切回路故障，或者在握手環(huán)節(jié)中，通訊報文的BHM、CHM發(fā)生了異常。但絕緣檢測電壓發(fā)生的錯誤，則會發(fā)發(fā)生于充電樁輸出電壓，以及握手報文的最高規(guī)定充電電壓范圍內。例如，充電樁電壓為750伏，握手報文規(guī)定電壓最大值為475伏，如果此時的充電樁仍然在750伏電壓狀態(tài)下開展絕緣自檢測工作，便容易出現(xiàn)車輛過電壓的危險。當該項檢測工作順利完成后，檢測人員應當泄放充電回路中的電壓，可用來規(guī)避充電中對電池負載產生電壓沖擊的風險。電壓泄放中有時會發(fā)生超時現(xiàn)象，與泄放回路切換延時有關，需要將充電回路直流電壓下降到60伏以下的時間，控制在1秒以內。

3.3.5 接觸器檢測

兩個直流接觸器在充電樁存在故障的情況下是否能做出可靠動作，與充電樁的安全等級密切相關。模擬充電樁輸出過載電壓后，規(guī)定兩個直流接觸器的斷開時間應控制在1秒。經由對CC1信號的嚴格管控，檢測儀可對車輛接口連接狀態(tài)加以模擬，如果充電接口存在斷開的現(xiàn)象，則兩個直流接觸器斷開時間要在0.1秒左右。停止充電后，在低壓輔助供電回路接觸器的位置上，優(yōu)勢也會發(fā)生斷開時間不正確的現(xiàn)象，需要檢測人員斷開不符合標準的接觸器，滿足投入泄放回路的具體需求。

4 結語

綜上所述，電動汽車充電樁檢測技術在應用中會涉及諸多內容，檢測人員要定期檢查、維護充電樁，及時發(fā)現(xiàn)運行中存在的故障，對問題加以解決，保障充電樁的平穩(wěn)運行。需要我國有關部門強化對監(jiān)測技術的深入研究，有利于全方位提高電動汽車充電服務水平，促使我國汽車行業(yè)得以可持續(xù)發(fā)展。