电动汽车充电桩现场安全问题的研究

魏星，陈永强，薛晔，张治文

（1.威凯检测技术有限公司武汉分公司,武汉 430050； 2.威凯检测技术有限公司,广州 510663）

引言

近年来，我国积极推进电动汽车应用，而充电桩作为电动汽车的关键充电设施，它本身的质量和数量都将影响着电动汽车的推广普及程度。在充电桩建设过程中，无论是政府主管部门，街道办事处，小区物业公司，还是充电桩运营企业都遇到了各种各样的问题，本文从第三方技术机构的角度，就其中遇到的现场电气安全问题进行一一解析，以帮助政府主管部门，街道办事处，小区物业公司和充电桩运营企业等相关方了解这一产品的安全风险，更好的推进电动汽车充电桩的安全使用和产业的可持续发展。

1 产品概况和市场现状

1.1 产品定义

充电桩，给电动汽车充电的电气装置。工作原理为充电桩的输入端与电网直接连接，输出端的充电枪与电动汽车插口相连进行充电。依据充电方式的类型不同，分为直流充电桩（非车载）、交流充电桩和交直流一体充电桩。依据充电桩输出功率的不同，交流充电桩输出功率小于或者等于40 kW，充电速度慢，俗称为慢充；直流充电桩输出功率30～200 kW，充电速度快，俗称为快充。电动汽车车主可以通过手机app等方式，在充电桩人机交互操作界面上选择充电方式，充电时间等操作，完成充电服务[1]。

1.2 充电桩现状

在国家优惠政策的刺激和号召下，汽车主车厂、电网公司、电力设备制造商、电源企业、互联网企业等大批社会资本进入到充电桩行业，投资建设和运营充电桩。统计到2019年12月，我国公共充电桩达51.8万台，其中交流充电桩27.6万台、直流充电桩24.2万台，公共充电站35 849座，私人充电桩达到62.7万台。

省级行政区域内所拥有的公共类充电桩数量前十的分别为：广东58 019台、江苏56 927台、北京55 089台、上海53 938台、湖北37 000台、山东30 643台、浙江27 048台、安徽23 198台、河北19 560台、福建15 570台，占比达78.4 %[2]。

从充电桩运营商角度来看，特来电作为目前国内最大的充电设施运营商，自行投资和运营了超过14万台的充电桩，第二大和第三大充电设施运营商分别为星星充电10.5万台、国家电网8.8万台，上述三家企业通过近十年的持续投入，已经基本完成了城市核心关键地带的布局。

2 国内外充电桩标准状况

国外充电桩主要采用IEC标准，国内充电桩标准在参考IEC标准的基础上，结合我国实际情况，包括充电桩使用环境、通讯标准、接口标准等，增加了许多具有中国特色的修订，例如充电桩与电池管理系统之间的通信协议，充电桩互操作性方面的标准，同时结合国内的实际情况增加了能源行业标准，这些内容在本文中暂时不做讨论。表1中对比了国内标准和国际标准。

3 充电桩安全现状

充电桩是一款大电流高电压的电气产品，主要分布在写字楼、大型商超、露天公共停车位、居民小区地上地下停车位和公共充电站等人员密集场所，周边环境复杂，一旦质量不过关，就会造成人员的触电危险和场所的着火危险。

依据上文中的国家标准和能源局标准，充电桩的现场情况发现有以下问题。

3.1 电击防护

依据JB/T 5777.4-2000，直流电源设备内任意应接地的点至总接地之间的电阻应不大于0.1 Ω，而充电桩外壳与地间的接触电阻大于标准限值0.1 Ω（如图1），主要原因是接触螺钉严重生锈或松脱，导致电阻变大，进而影响外壳的电击防护能力，人体在触摸样品外壳时容易导致触电风险。

3.2 带电部件直接接触

充电枪由于长期使用，或者车主暴力使用，导致带电部件的防护脱落，接触尖锐物体之后可能带电部件就会裸露，对使用者造成触电风险（如图2）。

3.3 绝缘性能

表1 充电桩国内外标准对比

由于充电桩样品属于高电压类产品，如果充电桩绝缘性能不合格，容易因为静电、雷击、交叉电流影响等因素，导致充电桩被击穿或者闪络现象，就会导致人体与高压带电部件直接接触，造成触电风险。绝缘性能不合格的现象是直流充电桩样品在试验电压1 000 V下绝缘电阻小于10 MΩ。绝缘试验的试验等级见表2。

表2 绝缘试验的试验等级

3.4 功能检查

功能检查包含：显示功能检查和急停功能检查。

显示功能不合格的主要现象有故障灯无法显示、充电时电池信息无法显示、显示信息存在缺损等，导致使用者误操作。

急停功能不合格的现象为充电桩急停按钮被拆除，导致故障时无法立即停止充电。如图3所示。

图1 充电桩外壳接地图

图2 充电枪电源线防护部件脱落、充电枪破损

图3 功能检查图示

3.5 模拟故障试验

充电桩在故障条件下，无法及时切断电源，继续给负载充电，将导致起火、爆炸等风险。

模拟故障试验主要包含：模拟电池反接、绝缘接地保护试验、输出短路测试、连接异常试验。

绝缘接地保护试验，模拟充电机输出发生接地故障或绝缘水平下降到绝缘接地保护定值时，充电桩是否能够立即切断电源；

输出短路测试，模拟充电桩发生短路时，是否能够立即切断电源；

连接异常试验是在充电过程中，人工模拟断开其中的部分连接确认触头或通信触头，充电桩是否能够立即切断电。

3.6 运营性安全风险

由于运营商管理不规范导致的安全风险有充电区域电动自行车随意停放、洗车、地面积水、充电枪随意扔到地面、无消防设施、无防撞设施、充电终端外壳破损、内部进线口未密封（防止虫鼠进入造成短路）等。运营安全风险如图4所示。

图4 运营安全风险图片

4 小结

充电桩是一类专门用于给电动汽车充电的电气设备，随着电动汽车的推广普及，已逐渐成为日常生活中较为常见的电气产品。尽管充电桩拥有多重安全保障措施，但在役公共充电桩依然是发生安全事故较多的产品之一，尤其在用电环境恶劣的地方，触电和起火事故时有发生，近年来，相关伤害案例时有报道。

通过对在役公共充电桩的安全问题进行核查，发现在役公共充电桩存在的安全问题包括：电气安全问题和运营安全问题，这些问题对正如火如荼推进充电桩建设的政府主管部门，街道办事处，小区物业公司和充电桩运营企业等起到了警醒作用，为政府主管部门，街道办事处，小区物业公司和充电桩运营企业规范电动汽车充电桩的管理，避免造成人员和财产损失提供了技术方面的支撑。