非车载充电机充电异常分析与研究

衷莉兰，范亚军，邓礼敏，杨爱超，熊 茹

（1.南昌科晨电力试验研究有限公司，江西 南昌330096；2.国网江西省电力有限公司电力科学研究院，江西 南昌330096）

0 引言

2015年10月，国务院发布的《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》明确指出：到2020年，基本建成适度超前、车桩相随、智能高效的充电基础设施体系，新增集中式充换电站超过1.2万座，分散式充电桩超过480 万个，满足超过500 万辆电动汽车的充电需求；建立较完善的标准规范和市场监管体系，形成统一开放、竞争有序的充电服务市场；形成可持续发展的“互联网+充电基础设施”产业生态体系，在科技和商业创新上取得突破，培育一批具有国际竞争力的充电服务企业。

1 非车载充电机的应用现状

电动汽车充电优质服务是客户最为关心的需求之一，充电设施的建设发展实现安全有序充电仍然是目前急需解决的重大问题及技术瓶颈，存在的问题主要有：

1）电动汽车充电过程存在着火等严重安全隐患；

2）充电设施与电动汽车不匹配容易引起充电故障；

3）充电设施检测技术及标准体系有待完善；

4）充电设施运维检测工作不到位。

截止2017 年12 月，我国新能源汽车保有量约172.9 万辆，其中电动汽车保有量接近150 万辆，到2020 年新能源汽车年产销达到200 万辆。江西省电动汽车保有量已超过2万辆，已配套充电桩2000台左右。随着电动汽车产业的快速发展，充电设施规模的不断壮大，如何确保充电设施的安全性、可靠性、可用性以保障充电服务质量，对地方政府、充电设施运维企业提出了挑战。

充电设施的现场检测，分析充电故障原因是确保电动汽车充电服务过程的安全、可靠，保障电动汽车及人员、财产安全的关键环节，也为计费准确提供技术支撑。

2 非车载充电机的电气原理

非车载充电机的电气部分由主回路和二次回路组成。主回路的输入是三相交流电，经过输入断路器、交流智能电能表之后由充电模块（整流模块）将三相交流电转换为电池可以接受的直流电，再连接熔断器和充电枪，给电动汽车充电。二次回路由充电桩控制器、读卡器、显示屏、直流电表等组成。二次回路还提供“启停”控制与“急停”操作；信号灯提供“待机”、“充电”与“充满”状态指示；显示屏作为人机交互设备则提供刷卡、充电方式设置与启停控制操作。见图1。

图1 非车载充电机电气原理框图

3 直流充电模型

非车载充电机输出由9 根线组成，分别是：直流电源线路：DC+、DC-；设备地线：PE；充电通信线路：S+、S-；充电连接确认线路：CC1、CC2；低压辅助电源线路：A+、A-[1]。直流充电桩就是通过这9 根线给电动汽车进行充电，其具体的充电模型如图2。

图2 直流充电模型

左边是非车载充电机（即直流充电桩），右边是电动汽车，二者通过车辆插头、插座相连。

车辆模型主要由“非车载充电机”、“车辆接口”、“电动汽车”这三部分构成[2]，所以充电异常中止基本也由这三部分引发。

4 充电异常分析

4.1 非车载充电机部分引起的充电异常中止情况

非车载充电机部分引起的充电异常中止情况如图3所示。

图3 非车载充电机异常

1）在充电过程中，如果非车载充电机出现不能继续充电的故障（如充电桩意外进水或异物进入、环境温度骤变等），则向车辆周期发送“充电机中止充电报文”并控制充电机停止充电，在100 ms 内断开K1、K2、K3、K4。

2）在充电过程中，非车载充电机控制装置如发生通讯超时（如通讯线路故障时），则非车载充电机停止充电，并在10 s内断开K1、K2、K5、K6；非车载充电机控制装置发生3 次通讯超时即确认通讯中断，则非车载充电机停止充电，并在10 s 内断开K1、K2、K3、K4、K5、K6。

3）在充电过程中，非车载充电机输出电压若大于车辆最高允许充电总电压（如充电桩输出限压功能失效等），则非车载充电机应该在1 s 内停止充电，并断开K1、K2、K3、K4。

4.2 车辆插头、车辆插座引起的充电异常中止情况

车辆插头、车辆插座引起的充电异常中止情况如图4所示。

图4 车辆插头、车辆插座异常

1）在充电过程中，非车载充电机控制装置通过对检测点1 的电压进行检测，如果判断开关S 由闭合变为断开（如充电枪上按键失灵或误触发等），应在50 ms内将输出电流降至5 A以下。

2）在充电过程中，非车载充电机控制装置通过对检测点1的电压进行检测，如果判断车辆接口由闭合变为断开（如车辆意外移动、充电枪线缆被意外扰动等），则控制非车载充电机停止充电，应在100 ms内断开K1、K2、K3、K4。

4.3 电动汽车引起的充电异常中止情况

电动汽车引起的充电异常中止情况如图5所示。

图5 电动汽车异常

在充电过程中，如果车辆出现不能断续充电的故障（如BMS系统误报电池实时状态，车辆控制装置误关断充电回路接触器等），则向非车载充电机发送“车辆中止充电报文”，并在300 ms（由车辆根据严重程度决定）内断开K5、K6。

5 应用效果

通过对构成车辆模型“非车载充电机”、“车辆接口”、“电动汽车”这三部分进行“体检”，分析了非车载充电机充电时有那些异常中止的情况，总结了非车载充电机充电异常中止的原因，方便日后给充电桩测试系统“把脉”。

目前江西省内已建设充电设施2000台左右，大部分充电设施未开展投运前及周期性检验检测工作。在电动汽车充电过程中，存在电动汽车与充电桩无法正常通信等充电故障，以及电池过充、充电电压过压、电流过流、充电设施绝缘电阻不合格、充电站接地不合格[3]等一系列安全问题，为电动汽车充电设施运营与使用带来了极大的安全风险，因此非常有必要加强电动汽车充电设施检测新技术的研究与应用，提升电动汽车与充电设施质量，分析充电故障原因，培育良好的市场服务和应用环境。同时由于电动汽车充电过程中涉及电费计量问题，为确保充电计费的公平、公正，应对充电设施内部计量器具依法进行检定或校准。

6 结语

综上所述，针对江西省电动汽车充电设施建设与充电服务存在的各类问题，非常有必要建设充电设施性能及计量检测能力、电动汽车BMS 系统及电池检测能力、电动汽车充电故障检测分析能力，为开展全省范围内的充电设施全性能检测提供条件，保障电动汽车充电服务安全，有效提升电动汽车充电服务质量，促进电动汽车产业的发展与推广。