不同线径充电接口温升平衡时间的评定方法研究

陈 赫， 李 杨， 余八一， 李 晓

（1.中汽研汽车检验中心（天津） 有限公司， 天津 300300；2.中国质量认证中心， 北京 100000）

国际能源署 （IEA） 数据显示，中国新能源汽车销量在2015年首次超过美国，成为全球最大的新能源汽车市场。2017年，中国新能源汽车销售量超过了全球新能源汽车销售总量的一半，相比2016年上涨了72%。随着全国私人类以及公共类充电基础设施的不断建设，中国的新能源汽车产业呈现快速发展态势，截至2019年，我国新能源汽车的累计销量已达120余万台，全国充电桩保有量已超过120万台。

新能源汽车产业飞速发展的同时，充电安全问题也越来越受到全国广大消费者与汽车行业的关注。根据公开报道，2017至2018年新能源汽车起火的事故中，36.4%是由连接器导致的，在连接器的各项性能中，温升性能是最为重要的之一，它决定了连接过程的安全可靠［1］。

充电接口是新能源汽车连接器中的重要构成之一［2］。根据充电方式的不同，又分为直流充电接口和交流充电接口［3］。根据充电接口规格的不同，其线缆部分的线径也有所区别。其中交流充电接口的主要线径尺寸为2.5mm2、6mm2；直流充电接口的主要线径尺寸为35mm2、50mm2和70mm2。虽然在《电动汽车传导充电用连接装置 第1部分：通用要求GB/T 20234.1-2015》中从试验方法和结果判定上都已经对充电接口的温升试验作了要求［4］，但对于不同线径充电接口在进行温升试验过程中，达到最终温升平衡用时是否相同、有何规律、有何差异等核心技术参数标准中都未做过多介绍。本研究重点对不同线径充电接口温升平衡时间进行研究，深入地了解充电接口在充电过程中的温度变化情况，从而为新能源汽车中电动汽车的充电安全研究提供理论支持，更好地提高新能源汽车的整体安全性。

1 测量工作原理

充电接口中无论是直流充电接口还是交流充电接口，其连接端子和线缆之间的连接方式主要采用压接形式。考虑到压接位置的接触电阻比其他位置都要大，在接通电流后压接处的发热量必然会比其他位置大，故本研究分别采集端子压接处温度和周围环境温度，以此来得出充电接口温升试验过程中最大温升数据与用时。本研究中采用的热平衡状态为在间隔时间不少于10min的连续3次读数的温升值低于1K。温升计算公式为：

式中：ΔT——温升值，K；T——测量温度，℃；T环——环境温度，℃；TN——第N次读取的温度值；TN+1——第N+1次读取的温度值；TN+2——第N+2次读取的温度值。3次读数时间间隔不超过10min，δT1、δT2均小于1K时，系统达到热稳定，此时的几个布点中ΔT的最大值为最终测试所得温升值。

2 试验系统搭建

2.1 测试系统

测试系统由交流电恒流源、温度数据采集器、上位机和被测充电接口组成。测试系统硬件连接如图1所示。

图1 测试系统整体图

2.2 样品准备

本研究选用的热电偶为J型热电偶，试验前将被测充电接口进行非破坏性拆解，把J型热电偶一端焊接好黏贴在端子压接处，并用耐高温胶固定，另一端连接到温度数据采集器上。如图2～图4所示。

图2 热电偶粘接位置

图3 安装后样品整体

2.3 样品连接

图4 热电偶连接示意图

将被测充电插头和充电插座正常插合在一起，并将充电插头（插座） 的L端和N端 （正极和负极） 连接在交流恒流源上，充电插座（插头） 的L端和N端（正极和负极） 短接构成回路。需要注意的是，在进行连接时需要确保线缆尾部所用铜鼻子的尺寸与线径契合，选取合适的螺母，按照工程要求的扭矩进行连接，同时确保连接的固定可靠，避免形成线路虚接，引起局部电阻过大，从而导致发热量过大，影响实验结果，造成不必要的安全风险。需要注意的是，此试验电流较大，已超过人体所能承受的安全电流，故在连接完成后应对裸露部分进行绝缘处理，确保金属连接处安全绝缘。

2.4 试验分析

整个试验过程中都需要控制环境温度在25±5℃的范围内且相对稳定，在交流恒流源上设置试验所需的电流值，启动交流恒流源使其持续稳定地提供试验所需电流，并通过温度数据采集器将数据实时监控并记录。根据《电动汽车传导充电用连接装置 第1部分：通用要求GB/T 20234.1-2015》 中的要求，试验过程中温升不得超过50K。本次试验选用常用的几个电流规格的充电接口，充电接口不同规格的电流值所对应的测试电流值如表1所示。

表1 温升试验测试电流

3 试验结果分析

3.1 2.5mm2样品温升平衡时间

本次试验共对6组样品进行了试验，测试电流为22A，进行温升试验、分析温升数据，得到该规格下温升的平衡时间。2.5mm2样品时间-温升的变化趋势如图5所示。

图5 2.5mm2样品时间-温升曲线

各2.5mm2样品温度达到稳定的时间如表2所示。

由 图5 和 表2 可知，由于样品的差异性，各个样品的温升值各不相同。根据前面提到的对温度平衡的判定标准，该规格产品温升平衡时间大致 介 于975 ～1542s 之间，最终温度稳定时变化为±0.1K/min。温升值在14～40K之间。

过了马路就是他的公司，但走到一半的时候她突然停了下来，红灯就亮了，她木木地被急速的车流逼回到人行横道，她看到顾青从公司里出来了，而举着伞朝他走过去的人，是夏小春。他们朝这边走来的时候，温简像才醒悟过来一样，急速地跳上一辆公交车，她不想要被他们看见。车窗一片迷蒙，她看不清楚，只觉得耳边充满了轰轰的声响，压来压去，感觉快要把自己碾碎了。

表2 2.5mm2样品温升平衡时间

3.2 6mm2样品温升平衡时间

本次试验基于6组温升样品，测试电流为42A，进行温升试验、分析温升数据，探究该规格下温升的平衡时间，从而得出一个初步的判断结果。6mm2样品时间-温升的变化趋势如图6所示。

图6 6mm2样品时间-温升曲线

各6mm2样品温度达到稳定的时间如表3所示。

由图6和表3可知，6mm2线径的样品温升平衡时间较2.5mm2样品略长，大 致 在1329 ～1954s之间，并在3960s之后温升变化范围为±0.2K/min。 温 升 最终稳定在15～25K之间，与2.5mm2样品相差不大。

表3 6mm2样品温升平衡时间

3.3 35mm2样品温升平衡时间

本次试验基于5组温升样品，分别通入规定的125A测试电流，进行温升试验、分析温升数据，探究该规格下温升的平衡时间，从而得到一个初步的判断结果。35mm2样品时间-温升的变化趋势如图7所示。

各35mm2样品温度达到稳定的时间如表4所示。

由 图7 和 表4 可知，35mm2线径的样品温升平衡时间在2082～2876s之间，5900s后温升变化范围为±0.2 K/min。温升最终稳定在35～50K之间。

表4 35mm2样品温升平衡时间

图7 35mm2样品时间-温升曲线

3.4 50mm2样品温升平衡时间

本次试验基于8组温升样品，分别按规定通入200A电流，进行温升试验，在分析温升数据后，得到50mm2样品时间-温升的变化趋势，如图8所示。

图8 50mm2样品时间-温升曲线

各50mm2样品温度达到稳定的时间如表5所示。

由图8和表5可知，温升平衡时间在2492～2968s之间，6000s后温升变化范围为±0.2K/min，温升最终稳定在30～50K范围之间。

表5 50mm2样品温升平衡时间

3.5 70mm2样品温升平衡时间

本次试验基于8组温升样品，进行温升试验后得到70mm2样品时间-温升趋势如图9所示。

图9 70mm2样品时间-温升曲线

各70mm2样品温度达到稳定的时间如表6所示。

由图9和表6可知，温升平衡时间在2558～3383s之间，温升最终稳定在35～50K范围内。

表6 70mm2样品温升平衡时间

4 试验结论

基于以上的数据，通过分析我们可以初步发现随着线径的增加，其线缆温升的最小稳定时间会不断增加，样品最终的温升值大致上随着线径的增大而不断增大，交流充电产品与直流充电产品的稳定温升值差距明显。线径2.5～70mm2对应稳定时间范围在975～3474s范围内。

由图10可知。

1） 2.5mm2线径充电接口温升平衡时间大致介于975～1542s之间，最小稳定温升值为14K。

1） 6mm2线径充电接口温升平衡时间大致介于1329～1954s之间，最小稳定温升值为15K。

图10 不同线径充电接口达到温升平衡用时范围

2） 35mm2线径充电接口温升平衡时间大致介于2082～2876s之间，最小稳定温升值为35K。

3） 50mm2线径充电接口温升平衡时间大致介于2492～2968s之间，最小稳定温升值为30K。

4） 70mm2线径充电接口温升平衡时间大致介于2558～3383s之间，最小稳定温升值为35K。

在GB/T 11918.1-2014中对于温升的试验时间有如下规定：①1h，适用于额定电流不超过32A的电器附件；②2h，适用于额定电流超过32A但不超过125A的电器附件；③3h，适用于额定电流超过125A但不超过250A的电器附件。经过此研究发现，充电接口所使用的连接端子材质、电缆品质及制造工艺的不同都会导致温升稳定时间产生一定的偏差，以最小温升稳定时间来作为温升稳定时间的考量标准是不严谨的，所以在相应标准中所规定的温升试验时间应具有一定的变动范围。

另外，通过测试结果可以直观地看出，线缆的温升稳定时间与初始温升的速率无关，有部分样品，在初始的几百秒内温度会迅速上升，然而后续温度增幅放缓，上升到稳定的温度值会需要很长一段时间。经过系统地分析，导致这种现象的原因可能与线缆材料的含铜量和选材等因素有关。未来可以以此项研究为依托，深入研究电缆材质及制造工艺不同对连接器温升稳定时间的影响。