不同線徑充電接口溫升平衡時間的評定方法研究

陳 赫， 李 楊， 余八一， 李 曉

（1.中汽研汽車檢驗中心（天津） 有限公司， 天津 300300；2.中國質量認證中心， 北京 100000）

國際能源署 （IEA） 數據顯示，中國新能源汽車銷量在2015年首次超過美國，成為全球最大的新能源汽車市場。2017年，中國新能源汽車銷售量超過了全球新能源汽車銷售總量的一半，相比2016年上漲了72%。隨著全國私人類以及公共類充電基礎設施的不斷建設，中國的新能源汽車產業呈現快速發展態勢，截至2019年，我國新能源汽車的累計銷量已達120余萬臺，全國充電樁保有量已超過120萬臺。

新能源汽車產業飛速發展的同時，充電安全問題也越來越受到全國廣大消費者與汽車行業的關注。根據公開報道，2017至2018年新能源汽車起火的事故中，36.4%是由連接器導致的，在連接器的各項性能中，溫升性能是最為重要的之一，它決定了連接過程的安全可靠［1］。

充電接口是新能源汽車連接器中的重要構成之一［2］。根據充電方式的不同，又分為直流充電接口和交流充電接口［3］。根據充電接口規格的不同，其線纜部分的線徑也有所區別。其中交流充電接口的主要線徑尺寸為2.5mm2、6mm2；直流充電接口的主要線徑尺寸為35mm2、50mm2和70mm2。雖然在《電動汽車傳導充電用連接裝置 第1部分：通用要求GB/T 20234.1-2015》中從試驗方法和結果判定上都已經對充電接口的溫升試驗作了要求［4］，但對于不同線徑充電接口在進行溫升試驗過程中，達到最終溫升平衡用時是否相同、有何規律、有何差異等核心技術參數標準中都未做過多介紹。本研究重點對不同線徑充電接口溫升平衡時間進行研究，深入地了解充電接口在充電過程中的溫度變化情況，從而為新能源汽車中電動汽車的充電安全研究提供理論支持，更好地提高新能源汽車的整體安全性。

1 測量工作原理

充電接口中無論是直流充電接口還是交流充電接口，其連接端子和線纜之間的連接方式主要采用壓接形式。考慮到壓接位置的接觸電阻比其他位置都要大，在接通電流后壓接處的發熱量必然會比其他位置大，故本研究分別采集端子壓接處溫度和周圍環境溫度，以此來得出充電接口溫升試驗過程中最大溫升數據與用時。本研究中采用的熱平衡狀態為在間隔時間不少于10min的連續3次讀數的溫升值低于1K。溫升計算公式為：

式中：ΔT——溫升值，K；T——測量溫度，℃；T環——環境溫度，℃；TN——第N次讀取的溫度值；TN+1——第N+1次讀取的溫度值；TN+2——第N+2次讀取的溫度值。3次讀數時間間隔不超過10min，δT1、δT2均小于1K時，系統達到熱穩定，此時的幾個布點中ΔT的最大值為最終測試所得溫升值。

2 試驗系統搭建

2.1 測試系統

測試系統由交流電恒流源、溫度數據采集器、上位機和被測充電接口組成。測試系統硬件連接如圖1所示。

圖1 測試系統整體圖

2.2 樣品準備

本研究選用的熱電偶為J型熱電偶，試驗前將被測充電接口進行非破壞性拆解，把J型熱電偶一端焊接好黏貼在端子壓接處，并用耐高溫膠固定，另一端連接到溫度數據采集器上。如圖2～圖4所示。

圖2 熱電偶粘接位置

圖3 安裝后樣品整體

2.3 樣品連接

圖4 熱電偶連接示意圖

將被測充電插頭和充電插座正常插合在一起，并將充電插頭（插座） 的L端和N端 （正極和負極） 連接在交流恒流源上，充電插座（插頭） 的L端和N端（正極和負極） 短接構成回路。需要注意的是，在進行連接時需要確保線纜尾部所用銅鼻子的尺寸與線徑契合，選取合適的螺母，按照工程要求的扭矩進行連接，同時確保連接的固定可靠，避免形成線路虛接，引起局部電阻過大，從而導致發熱量過大，影響實驗結果，造成不必要的安全風險。需要注意的是，此試驗電流較大，已超過人體所能承受的安全電流，故在連接完成后應對裸露部分進行絕緣處理，確保金屬連接處安全絕緣。

2.4 試驗分析

整個試驗過程中都需要控制環境溫度在25±5℃的范圍內且相對穩定，在交流恒流源上設置試驗所需的電流值，啟動交流恒流源使其持續穩定地提供試驗所需電流，并通過溫度數據采集器將數據實時監控并記錄。根據《電動汽車傳導充電用連接裝置 第1部分：通用要求GB/T 20234.1-2015》 中的要求，試驗過程中溫升不得超過50K。本次試驗選用常用的幾個電流規格的充電接口，充電接口不同規格的電流值所對應的測試電流值如表1所示。

表1 溫升試驗測試電流

3 試驗結果分析

3.1 2.5mm2樣品溫升平衡時間

本次試驗共對6組樣品進行了試驗，測試電流為22A，進行溫升試驗、分析溫升數據，得到該規格下溫升的平衡時間。2.5mm2樣品時間-溫升的變化趨勢如圖5所示。

圖5 2.5mm2樣品時間-溫升曲線

各2.5mm2樣品溫度達到穩定的時間如表2所示。

由 圖5 和 表2 可知，由于樣品的差異性，各個樣品的溫升值各不相同。根據前面提到的對溫度平衡的判定標準，該規格產品溫升平衡時間大致 介 于975 ～1542s 之間，最終溫度穩定時變化為±0.1K/min。溫升值在14～40K之間。

過了馬路就是他的公司，但走到一半的時候她突然停了下來，紅燈就亮了，她木木地被急速的車流逼回到人行橫道，她看到顧青從公司里出來了，而舉著傘朝他走過去的人，是夏小春。他們朝這邊走來的時候，溫簡像才醒悟過來一樣，急速地跳上一輛公交車，她不想要被他們看見。車窗一片迷蒙，她看不清楚，只覺得耳邊充滿了轟轟的聲響，壓來壓去，感覺快要把自己碾碎了。

表2 2.5mm2樣品溫升平衡時間

3.2 6mm2樣品溫升平衡時間

本次試驗基于6組溫升樣品，測試電流為42A，進行溫升試驗、分析溫升數據，探究該規格下溫升的平衡時間，從而得出一個初步的判斷結果。6mm2樣品時間-溫升的變化趨勢如圖6所示。

圖6 6mm2樣品時間-溫升曲線

各6mm2樣品溫度達到穩定的時間如表3所示。

由圖6和表3可知，6mm2線徑的樣品溫升平衡時間較2.5mm2樣品略長，大 致 在1329 ～1954s之間，并在3960s之后溫升變化范圍為±0.2K/min。 溫 升 最終穩定在15～25K之間，與2.5mm2樣品相差不大。

表3 6mm2樣品溫升平衡時間

3.3 35mm2樣品溫升平衡時間

本次試驗基于5組溫升樣品，分別通入規定的125A測試電流，進行溫升試驗、分析溫升數據，探究該規格下溫升的平衡時間，從而得到一個初步的判斷結果。35mm2樣品時間-溫升的變化趨勢如圖7所示。

各35mm2樣品溫度達到穩定的時間如表4所示。

由 圖7 和 表4 可知，35mm2線徑的樣品溫升平衡時間在2082～2876s之間，5900s后溫升變化范圍為±0.2 K/min。溫升最終穩定在35～50K之間。

表4 35mm2樣品溫升平衡時間

圖7 35mm2樣品時間-溫升曲線

3.4 50mm2樣品溫升平衡時間

本次試驗基于8組溫升樣品，分別按規定通入200A電流，進行溫升試驗，在分析溫升數據后，得到50mm2樣品時間-溫升的變化趨勢，如圖8所示。

圖8 50mm2樣品時間-溫升曲線

各50mm2樣品溫度達到穩定的時間如表5所示。

由圖8和表5可知，溫升平衡時間在2492～2968s之間，6000s后溫升變化范圍為±0.2K/min，溫升最終穩定在30～50K范圍之間。

表5 50mm2樣品溫升平衡時間

3.5 70mm2樣品溫升平衡時間

本次試驗基于8組溫升樣品，進行溫升試驗后得到70mm2樣品時間-溫升趨勢如圖9所示。

圖9 70mm2樣品時間-溫升曲線

各70mm2樣品溫度達到穩定的時間如表6所示。

由圖9和表6可知，溫升平衡時間在2558～3383s之間，溫升最終穩定在35～50K范圍內。

表6 70mm2樣品溫升平衡時間

4 試驗結論

基于以上的數據，通過分析我們可以初步發現隨著線徑的增加，其線纜溫升的最小穩定時間會不斷增加，樣品最終的溫升值大致上隨著線徑的增大而不斷增大，交流充電產品與直流充電產品的穩定溫升值差距明顯。線徑2.5～70mm2對應穩定時間范圍在975～3474s范圍內。

由圖10可知。

1） 2.5mm2線徑充電接口溫升平衡時間大致介于975～1542s之間，最小穩定溫升值為14K。

1） 6mm2線徑充電接口溫升平衡時間大致介于1329～1954s之間，最小穩定溫升值為15K。

圖10 不同線徑充電接口達到溫升平衡用時范圍

2） 35mm2線徑充電接口溫升平衡時間大致介于2082～2876s之間，最小穩定溫升值為35K。

3） 50mm2線徑充電接口溫升平衡時間大致介于2492～2968s之間，最小穩定溫升值為30K。

4） 70mm2線徑充電接口溫升平衡時間大致介于2558～3383s之間，最小穩定溫升值為35K。

在GB/T 11918.1-2014中對于溫升的試驗時間有如下規定：①1h，適用于額定電流不超過32A的電器附件；②2h，適用于額定電流超過32A但不超過125A的電器附件；③3h，適用于額定電流超過125A但不超過250A的電器附件。經過此研究發現，充電接口所使用的連接端子材質、電纜品質及制造工藝的不同都會導致溫升穩定時間產生一定的偏差，以最小溫升穩定時間來作為溫升穩定時間的考量標準是不嚴謹的，所以在相應標準中所規定的溫升試驗時間應具有一定的變動范圍。

另外，通過測試結果可以直觀地看出，線纜的溫升穩定時間與初始溫升的速率無關，有部分樣品，在初始的幾百秒內溫度會迅速上升，然而后續溫度增幅放緩，上升到穩定的溫度值會需要很長一段時間。經過系統地分析，導致這種現象的原因可能與線纜材料的含銅量和選材等因素有關。未來可以以此項研究為依托，深入研究電纜材質及制造工藝不同對連接器溫升穩定時間的影響。