電動汽車充電樁現場安全問題的研究

魏星，陳永強，薛曄，張治文

（1.威凱檢測技術有限公司武漢分公司,武漢 430050； 2.威凱檢測技術有限公司,廣州 510663）

引言

近年來，我國積極推進電動汽車應用，而充電樁作為電動汽車的關鍵充電設施，它本身的質量和數量都將影響著電動汽車的推廣普及程度。在充電樁建設過程中，無論是政府主管部門，街道辦事處，小區物業公司，還是充電樁運營企業都遇到了各種各樣的問題，本文從第三方技術機構的角度，就其中遇到的現場電氣安全問題進行一一解析，以幫助政府主管部門，街道辦事處，小區物業公司和充電樁運營企業等相關方了解這一產品的安全風險，更好的推進電動汽車充電樁的安全使用和產業的可持續發展。

1 產品概況和市場現狀

1.1 產品定義

充電樁，給電動汽車充電的電氣裝置。工作原理為充電樁的輸入端與電網直接連接，輸出端的充電槍與電動汽車插口相連進行充電。依據充電方式的類型不同，分為直流充電樁（非車載）、交流充電樁和交直流一體充電樁。依據充電樁輸出功率的不同，交流充電樁輸出功率小于或者等于40 kW，充電速度慢，俗稱為慢充；直流充電樁輸出功率30～200 kW，充電速度快，俗稱為快充。電動汽車車主可以通過手機app等方式，在充電樁人機交互操作界面上選擇充電方式，充電時間等操作，完成充電服務[1]。

1.2 充電樁現狀

在國家優惠政策的刺激和號召下，汽車主車廠、電網公司、電力設備制造商、電源企業、互聯網企業等大批社會資本進入到充電樁行業，投資建設和運營充電樁。統計到2019年12月，我國公共充電樁達51.8萬臺，其中交流充電樁27.6萬臺、直流充電樁24.2萬臺，公共充電站35 849座，私人充電樁達到62.7萬臺。

省級行政區域內所擁有的公共類充電樁數量前十的分別為：廣東58 019臺、江蘇56 927臺、北京55 089臺、上海53 938臺、湖北37 000臺、山東30 643臺、浙江27 048臺、安徽23 198臺、河北19 560臺、福建15 570臺，占比達78.4 %[2]。

從充電樁運營商角度來看，特來電作為目前國內最大的充電設施運營商，自行投資和運營了超過14萬臺的充電樁，第二大和第三大充電設施運營商分別為星星充電10.5萬臺、國家電網8.8萬臺，上述三家企業通過近十年的持續投入，已經基本完成了城市核心關鍵地帶的布局。

2 國內外充電樁標準狀況

國外充電樁主要采用IEC標準，國內充電樁標準在參考IEC標準的基礎上，結合我國實際情況，包括充電樁使用環境、通訊標準、接口標準等，增加了許多具有中國特色的修訂，例如充電樁與電池管理系統之間的通信協議，充電樁互操作性方面的標準，同時結合國內的實際情況增加了能源行業標準，這些內容在本文中暫時不做討論。表1中對比了國內標準和國際標準。

3 充電樁安全現狀

充電樁是一款大電流高電壓的電氣產品，主要分布在寫字樓、大型商超、露天公共停車位、居民小區地上地下停車位和公共充電站等人員密集場所，周邊環境復雜，一旦質量不過關，就會造成人員的觸電危險和場所的著火危險。

依據上文中的國家標準和能源局標準，充電樁的現場情況發現有以下問題。

3.1 電擊防護

依據JB/T 5777.4-2000，直流電源設備內任意應接地的點至總接地之間的電阻應不大于0.1 Ω，而充電樁外殼與地間的接觸電阻大于標準限值0.1 Ω（如圖1），主要原因是接觸螺釘嚴重生銹或松脫，導致電阻變大，進而影響外殼的電擊防護能力，人體在觸摸樣品外殼時容易導致觸電風險。

3.2 帶電部件直接接觸

充電槍由于長期使用，或者車主暴力使用，導致帶電部件的防護脫落，接觸尖銳物體之后可能帶電部件就會裸露，對使用者造成觸電風險（如圖2）。

3.3 絕緣性能

表1 充電樁國內外標準對比

由于充電樁樣品屬于高電壓類產品，如果充電樁絕緣性能不合格，容易因為靜電、雷擊、交叉電流影響等因素，導致充電樁被擊穿或者閃絡現象，就會導致人體與高壓帶電部件直接接觸，造成觸電風險。絕緣性能不合格的現象是直流充電樁樣品在試驗電壓1 000 V下絕緣電阻小于10 MΩ。絕緣試驗的試驗等級見表2。

表2 絕緣試驗的試驗等級

3.4 功能檢查

功能檢查包含：顯示功能檢查和急停功能檢查。

顯示功能不合格的主要現象有故障燈無法顯示、充電時電池信息無法顯示、顯示信息存在缺損等，導致使用者誤操作。

急停功能不合格的現象為充電樁急停按鈕被拆除，導致故障時無法立即停止充電。如圖3所示。

圖1 充電樁外殼接地圖

圖2 充電槍電源線防護部件脫落、充電槍破損

圖3 功能檢查圖示

3.5 模擬故障試驗

充電樁在故障條件下，無法及時切斷電源，繼續給負載充電，將導致起火、爆炸等風險。

模擬故障試驗主要包含：模擬電池反接、絕緣接地保護試驗、輸出短路測試、連接異常試驗。

絕緣接地保護試驗，模擬充電機輸出發生接地故障或絕緣水平下降到絕緣接地保護定值時，充電樁是否能夠立即切斷電源；

輸出短路測試，模擬充電樁發生短路時，是否能夠立即切斷電源；

連接異常試驗是在充電過程中，人工模擬斷開其中的部分連接確認觸頭或通信觸頭，充電樁是否能夠立即切斷電。

3.6 運營性安全風險

由于運營商管理不規范導致的安全風險有充電區域電動自行車隨意停放、洗車、地面積水、充電槍隨意扔到地面、無消防設施、無防撞設施、充電終端外殼破損、內部進線口未密封（防止蟲鼠進入造成短路）等。運營安全風險如圖4所示。

圖4 運營安全風險圖片

4 小結

充電樁是一類專門用于給電動汽車充電的電氣設備，隨著電動汽車的推廣普及，已逐漸成為日常生活中較為常見的電氣產品。盡管充電樁擁有多重安全保障措施，但在役公共充電樁依然是發生安全事故較多的產品之一，尤其在用電環境惡劣的地方，觸電和起火事故時有發生，近年來，相關傷害案例時有報道。

通過對在役公共充電樁的安全問題進行核查，發現在役公共充電樁存在的安全問題包括：電氣安全問題和運營安全問題，這些問題對正如火如荼推進充電樁建設的政府主管部門，街道辦事處，小區物業公司和充電樁運營企業等起到了警醒作用，為政府主管部門，街道辦事處，小區物業公司和充電樁運營企業規范電動汽車充電樁的管理，避免造成人員和財產損失提供了技術方面的支撐。