充電樁測試中泄放回路故障分析及處理

李正哲，郭 威

(國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021)

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充電樁測試中泄放回路故障分析及處理

李正哲，郭 威

(國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021)

針對某60 kW充電樁在車輛接口斷開測試后泄放回路發生故障的情況，通過直流充電樁充電原理及現場調試分析,認為瞬時過電壓導致監控單元與充電機模塊的通信異常是造成本次故障的主要原因，并提出處理措施，確保充電樁安全可靠運行。

60 kW充電樁；車輛接口斷開測試；泄放回路；監控單元；瞬時過電壓

隨著新能源汽車產業的快速發展，我國不斷加快電動汽車充電基礎設施建設的步伐，因此電動汽車充電站的建設也迎來了高峰，大規模的基礎設施建設將會有力的推動電動汽車的普及。泄放回路作為整個充電樁充電系統的重要單元之一，實時對其進行數據監測，及時發現并排除其故障，對保證充電樁充電過程的安全性起著至關重要的作用。為保證充電正常啟動以及充電過程中的安全，充電樁每次充電啟動前都要進行整體的絕緣檢測，根據GB/T 18487.1-2015《電動汽車傳導充電系統第1部分：通用要求》規定及國家電網公司招標文件要求，充電樁需具備在一定條件下將直流輸出電壓在1 s內下降至60 V以下的功能，此即為泄放電阻的作用。充電過程中當發生下列情況時，充電機應能在100 ms內斷開直流輸出接觸器，且直流輸出電壓應在1 s內下降至60 V以下。

1 故障概況

某60 kW充電樁進行車輛接口斷開測試后，在進行下一項試驗項目測試時，發現充電樁柜內冒煙的故障，現場人員立即按下急停開關緊急斷電，經現場檢查車輛接口斷開測試后因充電樁泄放回路存在異常未能及時泄放，長時間帶電，導致2只泄放電阻故障，其余元器件正常。在整個車輛接口斷開測試過程中，充電樁柜內開關元件有正常動作聲音，車輛接口斷開測試后，在沒有進行任何操作的情況下聞到異味。

2 直流充電控制原理

直流充電控制原理見圖1。

圖1 直流充電控制原理

據圖1所示，當檢測點1電壓為4 V時，車輛接口完全連接，閉合K3和K4，使低壓輔助供電回路導通；閉合K1和K2，進行絕緣檢測，絕緣檢測完成后，將IMD(絕緣檢測)以物理的方式從強電回路中分離，并投入泄放回路對充電輸出電壓進行泄放，非車載充電機完成自檢后斷開K1和K2；然后車輛控制裝置與非車載充電機控制裝置在配置階段時，車輛控制裝置閉合K5和K6，使充電回路導通；在充電階段，車輛控制裝置向非車載充電機控制裝置實時發送電池充電需求參數；車輛控制裝置根據電池系統是否達到滿充狀態來判斷是否結束充電或者當操作人員實施了停止充電指令時，非車載充電機控制裝置開始周期發送“充電機中止充電報文”，并控制充電機停止充電，在確認充電電流變為小于5 A后斷開K1和K2，并再次投入泄放回路，然后斷開K3和K4，以上為直流充電控制回路的整個充電過程。

泄放回路接觸器工作原理為充電機模塊關機、直流輸出接觸器K1和K2斷開后，泄放回路接觸器投切開關閉合，把供電回路電容存儲的剩余電能轉化為熱能釋放以此泄放回路工作完成。

3 故障原因分析

3.1 測試結果比較

在測試過程中，當進行模擬車輛接口斷開測試(車輛接口斷開測試)時，操作人員按照正常充電方式啟動充電樁，整個啟動過程如下：充電樁與BMS通信正常，當充電樁完成絕緣自檢過程后斷開K1和K2，操作人員應及時閉合車輛模擬控制器端K5和K6，此時充電樁檢測到車輛端電池電壓(模擬電壓)正常后閉合K1和K2，使直流供電回路導通；當充電樁輸出電壓達到需求電壓后，將可編程直流負載加載，達到BMS電流需求后，此時完全具備車輛接口斷開測試條件，操作人員按下直流車輛控制模擬器急停按鈕，至此完成車輛接口斷開測試，預期測試結果為：

a. 非車載充電機緊急停止充電，BMS與充電樁通信停止。

b. 發生車輛接口斷開時，供電設備應在1 s內將充電接口電壓降至60 V以下。

c. 充電樁發送中止充電報文中結束充電原因符合充電連接器故障情況。

d. 充電樁K1和K2斷開，K3和K4斷開。

實際測試結果如下：

a. 非車載充電機緊急停止充電，BMS與充電樁通信異常。

b. 發生車輛接口斷開時，供電設備未能在1 s內將充電接口電壓降至60 V以下。

c. 充電樁發送中止充電報文中結束充電原因符合充電連接器故障情況。

d. 充電樁K1和K2斷開，K3和K4斷開。

3.2 測試數據分析

a. 通過以上測試結果對比可知供電設備未能按照要求在1 s內將充電接口電壓降至60 V以下，后經過程序檢查控制器input5和CAN2口對應功能無法實現。

b. 針對車輛接口斷開測試后存在的異味情況，打開充電柜檢查，發現柜內泄放電阻冒煙，后將泄放電阻取下，現場經過萬用表實際測量，泄放電阻無窮大，判定柜內泄放電阻故障。具體見圖2。

圖2 充電樁柜內電氣圖

3.3 原因確定

控制器的input5(直流輸出接觸器狀態)和CAN2口(與車輛BMS通訊CAN口)在CPU芯片中損壞對應功能；input5和CAN2口均有光耦隔離，光耦耐壓大于2.5 kV；由損壞器件本身可初步判斷現場發生故障時有較高瞬時異常電壓產生。

瞬時過電壓干擾了監控單元與充電機模塊的通訊，導致充電機未能及時接收到關機命令，此時泄放接觸器動作，直接導致泄放電阻一端和正母線導通，另一端和負母線導通，泄放電阻長時間帶電燒壞，泄放回路電阻長時間帶電燒毀以此導致泄放回路故障。

4 處理措施

更換泄放電阻及監控單元，調試泄放電阻、監控單元與充電樁的匹配性，測試限流50%(4個充電機模塊啟動)、100%(8個充電機模塊全部啟動)情況下可以正常啟動充電，泄放電阻回路投退功能正常。對非車載充電機通信模塊進行改造升級，測試整流柜側輸出接觸器、通信繼電器功能正常。

5 結束語

結合上述故障情況，為保證電動汽車充電樁試驗工作的順利進行，充電樁廠家要充分認識到直流充電系統中泄放回路與非車載充電機通信模塊的重要性，不斷提高充電樁的綜合性能，以滿足試驗過程中互操作性測試、通信一致性測試及實車充電的穩定性，加強故障原因分析，及時消除故障缺陷，確保充電站的安全可靠運行。

本文責任編輯：王洪娟

Fault Analysis and Treatment on Discharge Circuit of Charging Pile Test

Li Zhengzhe，Guo Wei

(State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China)

This paper analyzes the situation of discharge circuit fault after pulling out the gun from a 60 kW charging pile by the DC charging piles principle research and debugging.We thought that instantaneous voltage leading to monitoring unit and charger module communication abnormalitu is the main cause of this fault.Thus we put forward the treatment measures to ensure the safe and reliable operation of the charging piles.

60 kW charging piles;drawing test;discharge circuit;monitoring unit

2017-02-09

李正哲(1985-)，男，工程師，主要從事電動汽車充換電服務管理工作。

TM921

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1001-9898(2017)03-0043-02