120 kW/500 V直流充電系統充電異常分析

楊 迪，郭 威，李正哲，胡 嘉，高學哲

(1.國網河北能源技術服務有限公司，石家莊 050021；2.國網河北省電力有限公司電力科學研究院，石家莊 050021)

120 kW/500 V直流充電系統充電異常分析

楊 迪1，2，郭 威2，李正哲2，胡 嘉2，高學哲2

(1.國網河北能源技術服務有限公司，石家莊 050021；2.國網河北省電力有限公司電力科學研究院，石家莊 050021)

針對新國標比亞迪E6電動汽車充電異常的問題，經過現場調查查找原因、理論分析與實際布線整改得到原因為現場充電機與充電樁之間施工布線未按照標準要求施工，致使充電電流過大，充電機與充電樁之間的通信受工頻電源電磁的干擾，充電過程突然停跳致電動汽車充電異常，并提出針對該類問題的整改措施。

電動汽車；直流充電；通信；電磁干擾；屏蔽

1 故障情況概述

2017年4月21日，客戶駕駛比亞迪E6電動汽車從青島即墨市返程至北京市區行程中，在A市S高速X服務區北京方向充電異常。從客戶18時50分至19時22分之間共計充電次數為8次，均為非成功充電情況，即充電未滿充電樁就主動停跳。充電樁前臺TCU顯示故障代碼均為47。故障分類為充電機其他故障查看充電控制器的當前事件記錄。根據當前的故障記錄排查問題如：屏間通信故障-查看無源開出盒是否工作正常；充電模塊通信故障-代碼0*0000，檢查中間繼電器KA11、KA12、 KA13、KA14是否接觸可靠；泄放電阻故障-泄放電阻本體故障或繼電器插頭松動、故障等。

2 現場調查

現場充電站充電機額定功率為120 kW，500 V，充電樁額定功率為120 kW，500 V，充電站每臺充電機負責給2臺充電樁輸送功率。現場每臺充電樁均設置成強制隔離，最大輸出功率為60 kW(原為0～120 kW充電機自由分配功率模式)。

3 原因分析

現場使用租用的比亞迪E6對故障樁進行了測試，結果在充電6 min后會跳停，通過采集的報文分析，原因是充電樁故障中止。充電樁后臺具體故障顯示為充電模塊無源開出盒通信故障。

X服務區充電樁單樁容量已被廠家限制60 kW，實際輸出電壓為400 V，實際輸出電流為130 A。對X服務區北京方向編號141樁新國標C版本充電樁最大輸出電流進行了調整，分別為120 A、110 A。兩次設置后的充電結果為：120 A時，充電5 min后故障中止；110 A時，充電正常。同理，在編號142樁舊國標B9版本充電樁進行了測試，試驗結果相同。

現場調查人員觀察了以上所有充電樁的通訊線，發現其均將1.5 mm2硬銅線和強電回路混在一起(通信回路與220 V工頻電源回路使用同一根電纜)。X服務區充電樁內部接線情況見圖1。

圖1 X服務區充電樁內部接線情況

通過以上驗證，排除了車輛的原因，版本兼容的問題，以及泄放回路故障的可能。因此，初步判斷由于現場施工未按照要求使用帶屏蔽的通信線，而且信號線與強電走在了一起，干擾信號影響了通信線上的信號。大電流對通信回路的強干擾問題所導致現場充電異常。

大電流充電時干擾源的信號強度會增加，影響主監控與無源開出盒之間的正常通信，導致充電過程中報無源開出盒通信故障。現場通信線未使用屏蔽線且鋪設距離較長時，同時與220 V工頻回路布線在一起對通信的干擾嚴重。

4 充電模型分析

4.1 通信回路RS485受工頻電磁場干擾的理論分析

RS485的多機串行通信系統中，一般都是主從式結構，從機不主動發送命令或數據，一切由主機控制，并且一條總線中只有1臺主機，各從機之間不能相互通信，即使從機間有信息交換也必須

是通過主機轉發。現場RS485總線應用模型，通信主機為充電樁1(主機)，通信從機為120 kW充電柜與充電樁2(輔機)。在實際應用中，現場系統RS485總線選用型號為RVVP2*0.3的屏蔽線。信號傳輸的完整性可以通過屏蔽系統得到一定的保證。屏蔽布線系統可以防止傳輸數據受到外界電磁干擾和射頻干擾的影響。電磁干擾(EMI)主要是低頻干擾，電源線(交流進線)是通常的電磁干擾源。射頻干擾(RFI)是高頻干擾，主要是無線頻率干擾，包括無線電、電視轉播、雷達及其他無線通信。對于抵抗電磁干擾，選擇編織層屏蔽最為有效，也就是金屬網屏蔽，因其具有較低的臨界電阻。而對于射頻干擾，金屬箔層屏蔽最有效，因為金屬網屏蔽所產生的縫隙可使得高頻信號自由地進出。對于高低頻混合的干擾場，則要采用金屬箔層加金屬網的組合屏蔽方式，這樣可使得金屬網屏蔽適用于低頻范圍的干擾，金屬箔屏蔽適用于高頻范圍的干擾。

在X服務區120 kW直流分體充電系統應用中，出現了大電流充電時RS485通信總線共模干擾問題，其關鍵RS485通信總線A、B線是一對差分總線，而現場將這對差分總線分離接線，并且與交流進線扎在一起走線，造成差分總線的平衡特性破壞，如圖2所示。

根據電磁耦合干擾原理，上述RS485通信總線錯誤布線的充電系統只要帶載充電，交流信號必將耦合到RS485通信總線上產生共模干擾，充電負載越大共模耦合干擾越明顯。正常充電樁內部端子排接線為充電樁內端子排共有12個端子編號1-12。220 V工頻電源回路4芯單獨一條電纜，通信回路6芯單獨一條電纜。

圖2 現場實際布線理論示意

X服務區現場實際鋪設電纜為一根7芯電纜，2根共計14芯，實際使用共計4+6=10芯，若現場如4/7，6/7這種分開布線情況也不會出現干擾情況。但在施工使用時，而是2根電纜中共14芯隨機混接，存在通信芯與工頻回路芯共存于一根電纜中走線的情況。如圖3所示。

圖3 充電樁內部端子排實際接線示意

4.2 現場干擾波形提取

通過對現場干擾錄波情況的調查取證，查找到問題所在的真正原因。現場原有地下布線時，當充電(120 A)時會暫停充電，測得 RS485通信總線(充電控制器與無源開出盒)波形，受干擾嚴重。現場臨時改善布線(去掉原有的地下布線，換上地面的自帶屏蔽線)進行驗證，當充電(120 A)時不會暫停充電，測得RS485通信總線(充電控制器與無源開出盒)波形，受干擾不嚴重。

4.3 原因分析

a. 柜體與樁體之間 RS485 通信總線未用雙

絞線或屏蔽線，而是普通接線方式，且通信線與220 V交流進線混在一起走線；

b. 充電柜體與充電樁體之間 RS485 通信總線上共模干擾 (220 V 50 Hz交流電)嚴重(已影響正常的通信 )。

5 處理情況及效果

針對X服務區布線情況，對該服務區2座充電站柜體與樁體之間重新改善布線(采用雙絞線或屏蔽線)，如圖4所示，保證 RS485 差分通信總線正常通信。

圖4 整改后的布線示意

經過重新施工布線整改之后，對該服務區兩座充電站充電情況進行了一個月的追蹤取證。目前，X服務區已不存在此類問題所引起的異常充電情況，充電運維狀況得到了明顯改善。

6 結束語

針對此類充電站布線不按標準工藝要求施工的情況，開展對河北省南部電網所轄所有充電站布線施工情況的排查工作，對不符合施工要求且由該問題造成的充電頻繁異常情況的重點問題站優先列入整改計劃。

Analysis on 120 kW/500 V DC Charging Abnormal Fault

Yang Di1，2,Guo Wei2,Li Zhengzhe2,HuJia2，Gao Xuezhe2

(1.State Grid Hebei Energy Technology Service Limited Company,Shijiazhuang 050021,China;2.State Grid Hebei Electric Power Research Institute, Shijiazhuang 050021,China)

By abnormal recharging new Chinese Standard BYD E6 electrombile,this paper finds that missing standard wiring between charging generator and charging pile leads to charging sudden stop fault when charging current too high , when the communication between charging generator and charging pile disturbed by power frequency electromagnetic, and demonstrates the reasons of the problem by theory analysis and wiring reform,and proposes further reform measures aiming at this kind of problem.

electrombile;DC charging;communication;electromagnetic distyrb;shield

2017-07-03

楊 迪(1981-)，男，高級工程師，主要從事電力營銷管理工作。

TM76

B

1001-9898(2017)06-0052-03

本文責任編輯：丁 力