充電樁測(cè)試中泄放回路故障分析及處理

文/丁劍 孫義學(xué) 袁華明

泄放回路是電動(dòng)汽車(chē)充電樁系統(tǒng)中的重要組成部分，針對(duì)泄放回路實(shí)施監(jiān)測(cè)，能夠幫助及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障，提升充電樁的使用安全性和有效性。在進(jìn)行充電樁的啟動(dòng)前，一般需要保證整體絕緣，所以，需要按照GB/T18487.1-2015《電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第一部分：通用要求》的相關(guān)規(guī)定，對(duì)于充電樁的直流輸出電壓進(jìn)行控制，要滿(mǎn)足直流輸出電壓能夠在1s時(shí)間內(nèi)下降到60V以下的操作，這就是泄放電阻需要發(fā)揮的作用。這樣在進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)充電的過(guò)程中，一旦發(fā)生這類(lèi)情況，充電線(xiàn)他就能在1s內(nèi)對(duì)于直流輸出接觸器進(jìn)行斷開(kāi)，將直流輸出電壓下降到安全范圍內(nèi)。

1 直流充電樁的結(jié)構(gòu)和基本原理

1.1 結(jié)構(gòu)

就目前我國(guó)能源局發(fā)布的直流充電樁的相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，指出直流充電樁的主要組成單元包括功率、計(jì)量、控制、充電接口、供電接口、人機(jī)交互等主要部分，其中，功率模塊主要的作用是實(shí)現(xiàn)直流充電，控制模塊的作用是充當(dāng)充電樁的控制器，這兩個(gè)模式是整個(gè)充電樁的核心和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)于整體的充電可靠性和安全性發(fā)揮著重要的作用。在充電樁控制器的安裝中，多采用嵌入式硬件和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于直流充電模塊，則主要是代表電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)領(lǐng)域的突出成效。

1.2 基本原理

就電動(dòng)汽車(chē)的充電樁的充電原理來(lái)看，其充電主要經(jīng)歷的過(guò)程如下：即當(dāng)電池兩端的直流電壓獲得有效的加載后，使用恒定大電流來(lái)實(shí)施對(duì)于電池的充電，這時(shí)電池電壓能夠逐漸得到提升，在電壓達(dá)到一定數(shù)值的情況下，SOC超過(guò)95%，持續(xù)使用恒壓小電流來(lái)實(shí)施電池充電。但是在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中往往會(huì)存在電壓達(dá)到要求了，但是電量很難充滿(mǎn)，還需要使用小電流來(lái)實(shí)現(xiàn)電池電量的充實(shí)。要想解決這一問(wèn)題，需要對(duì)于充電樁實(shí)施相應(yīng)的直流電源替換，借助控制器來(lái)對(duì)于充電單元的開(kāi)關(guān)機(jī)、輸出電壓和電流等實(shí)施有效的指令下達(dá)，將開(kāi)關(guān)機(jī)以及輸出的電流電壓等指令設(shè)置在充電模塊顯示界面上，這樣就可以通過(guò)幾個(gè)鍵盤(pán)按鈕，實(shí)現(xiàn)充電模塊的充電界面操作。

圖1：直流充電樁典型電源解決方案

在直流充電樁的充電電氣部分中，包含主回路以及二次回路，其中前者輸入的是三相交流電，在對(duì)斷路器和智能電能表進(jìn)行輸入后，充電單元能夠?qū)⑷嘟涣麟娹D(zhuǎn)換成電池能夠接受的直流電，并通過(guò)熔斷器以及充電槍等，實(shí)施對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的充電。二次回路主要的組成結(jié)構(gòu)包括控制器、讀卡器、顯示屏、直流電表等，這一回路可以滿(mǎn)足啟停的操作要求，相關(guān)的系統(tǒng)信號(hào)燈能夠?qū)τ诔潆姷木唧w狀態(tài)進(jìn)行顯示，提示充電人員電量充實(shí)情況，而相應(yīng)的人機(jī)交互模塊則主要是為用戶(hù)提供刷卡和充電方式的設(shè)置以及啟停服務(wù)等。圖1為直流充電樁的基本結(jié)構(gòu)組成和相應(yīng)模塊之間的連接關(guān)系。

2 泄放回路故障原因分析

就目前對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)直流充電樁的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的泄放回路的故障頻率和問(wèn)題而言，總結(jié)協(xié)防回路故障的主要原因。其中，因?yàn)榭刂破鞯闹绷鬏敵鼋佑|器狀態(tài)和相應(yīng)的電源接口在CPU芯片中存在損壞對(duì)應(yīng)功能的情況，會(huì)導(dǎo)致控制器直流輸出接觸器和電源接口存在光耦隔離問(wèn)題，當(dāng)光耦耐壓超過(guò)2.5kV的情況下，因?yàn)閾p壞器件本身可以判斷這種泄放回路的故障發(fā)生的主要原因是因?yàn)橛休^高的瞬時(shí)異常電壓產(chǎn)生造成的。

在瞬時(shí)過(guò)電壓的情況下，對(duì)于直流充電樁的監(jiān)控系統(tǒng)以及充電機(jī)單元的通訊功能會(huì)產(chǎn)生一定的影響，造成充電機(jī)不能及時(shí)接收到系統(tǒng)發(fā)布的指令，這樣就會(huì)導(dǎo)致協(xié)防接觸器的誤動(dòng)，造成泄放電阻端和正母線(xiàn)出現(xiàn)導(dǎo)通現(xiàn)象，加上另一端和負(fù)母線(xiàn)的導(dǎo)通作用，泄放電阻長(zhǎng)時(shí)間帶電燒壞，泄放電阻長(zhǎng)時(shí)間處于帶電燒毀的狀況，也會(huì)造成整體的泄放回路出現(xiàn)故障問(wèn)題。

3 處理應(yīng)對(duì)方案

針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)直流充電樁的泄放回路故障問(wèn)題，在把握了相關(guān)的故障原因的基礎(chǔ)上，可以才有相應(yīng)的措施來(lái)解決故障問(wèn)題。首先，需要對(duì)于泄放電阻和監(jiān)控模塊進(jìn)行及時(shí)的更換，對(duì)于泄放電阻以及監(jiān)控單元及相關(guān)的充電樁的匹配度等也需要做好檢測(cè)工作，在測(cè)試的過(guò)程中要做到限流50%，保證在所有的充電機(jī)模塊都啟動(dòng)的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的正常充電操作。針對(duì)泄放電阻的回路投退功能也需要做好分析，針對(duì)非車(chē)載通信模塊做好相應(yīng)的改造升級(jí)工作，并對(duì)于整流柜測(cè)輸出接觸器以及通信繼電器功能也需要做好相應(yīng)的測(cè)試工作。

4 總結(jié)

目前，電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)份額正在進(jìn)一步擴(kuò)大中，而充電樁建設(shè)也成為目前電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展中的重點(diǎn)方向，就直流充電樁的泄放回路故障來(lái)看，在成故障的原因定義為瞬時(shí)過(guò)壓導(dǎo)致，對(duì)此，在充電樁的建設(shè)和測(cè)試過(guò)程中，需要認(rèn)識(shí)到泄放回路和非車(chē)載充電機(jī)之間通信的重要性，要切實(shí)提升充電樁綜合性能，做好充電樁實(shí)踐調(diào)試中的互操作測(cè)試，確保通信統(tǒng)一性和有效性等，并對(duì)于整體充電樁的充電穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試，強(qiáng)化充電樁的故障原因分析，并做好系統(tǒng)監(jiān)測(cè)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障問(wèn)題，做好應(yīng)對(duì)措施，這對(duì)于提升直流充電樁的使用安全性和質(zhì)量具有重要意義，對(duì)于推動(dòng)新能源汽車(chē)的快速發(fā)展具有突出效應(yīng)。