充電樁測(cè)試中泄放回路故障分析及處理

李正哲，郭 威

(國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021)

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充電樁測(cè)試中泄放回路故障分析及處理

李正哲，郭 威

(國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021)

針對(duì)某60 kW充電樁在車輛接口斷開測(cè)試后泄放回路發(fā)生故障的情況，通過直流充電樁充電原理及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試分析,認(rèn)為瞬時(shí)過電壓導(dǎo)致監(jiān)控單元與充電機(jī)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(yùn)行。

60 kW充電樁；車輛接口斷開測(cè)試；泄放回路；監(jiān)控單元；瞬時(shí)過電壓

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我國不斷加快電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的步伐，因此電動(dòng)汽車充電站的建設(shè)也迎來了高峰，大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將會(huì)有力的推動(dòng)電動(dòng)汽車的普及。泄放回路作為整個(gè)充電樁充電系統(tǒng)的重要單元之一，實(shí)時(shí)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除其故障，對(duì)保證充電樁充電過程的安全性起著至關(guān)重要的作用。為保證充電正常啟動(dòng)以及充電過程中的安全，充電樁每次充電啟動(dòng)前都要進(jìn)行整體的絕緣檢測(cè)，根據(jù)GB/T 18487.1-2015《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第1部分：通用要求》規(guī)定及國家電網(wǎng)公司招標(biāo)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(nèi)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(dāng)發(fā)生下列情況時(shí)，充電機(jī)應(yīng)能在100 ms內(nèi)斷開直流輸出接觸器，且直流輸出電壓應(yīng)在1 s內(nèi)下降至60 V以下。

1 故障概況

某60 kW充電樁進(jìn)行車輛接口斷開測(cè)試后，在進(jìn)行下一項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)充電樁柜內(nèi)冒煙的故障，現(xiàn)場(chǎng)人員立即按下急停開關(guān)緊急斷電，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查車輛接口斷開測(cè)試后因充電樁泄放回路存在異常未能及時(shí)泄放，長時(shí)間帶電，導(dǎo)致2只泄放電阻故障，其余元器件正常。在整個(gè)車輛接口斷開測(cè)試過程中，充電樁柜內(nèi)開關(guān)元件有正常動(dòng)作聲音，車輛接口斷開測(cè)試后，在沒有進(jìn)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(jù)圖1所示，當(dāng)檢測(cè)點(diǎn)1電壓為4 V時(shí)，車輛接口完全連接，閉合K3和K4，使低壓輔助供電回路導(dǎo)通；閉合K1和K2，進(jìn)行絕緣檢測(cè)，絕緣檢測(cè)完成后，將IMD(絕緣檢測(cè))以物理的方式從強(qiáng)電回路中分離，并投入泄放回路對(duì)充電輸出電壓進(jìn)行泄放，非車載充電機(jī)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(jī)控制裝置在配置階段時(shí)，車輛控制裝置閉合K5和K6，使充電回路導(dǎo)通；在充電階段，車輛控制裝置向非車載充電機(jī)控制裝置實(shí)時(shí)發(fā)送電池充電需求參數(shù)；車輛控制裝置根據(jù)電池系統(tǒng)是否達(dá)到滿充狀態(tài)來判斷是否結(jié)束充電或者當(dāng)操作人員實(shí)施了停止充電指令時(shí)，非車載充電機(jī)控制裝置開始周期發(fā)送“充電機(jī)中止充電報(bào)文”，并控制充電機(jī)停止充電，在確認(rèn)充電電流變?yōu)樾∮? 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(gè)充電過程。

泄放回路接觸器工作原理為充電機(jī)模塊關(guān)機(jī)、直流輸出接觸器K1和K2斷開后，泄放回路接觸器投切開關(guān)閉合，把供電回路電容存儲(chǔ)的剩余電能轉(zhuǎn)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(cè)試結(jié)果比較

在測(cè)試過程中，當(dāng)進(jìn)行模擬車輛接口斷開測(cè)試(車輛接口斷開測(cè)試)時(shí)，操作人員按照正常充電方式啟動(dòng)充電樁，整個(gè)啟動(dòng)過程如下：充電樁與BMS通信正常，當(dāng)充電樁完成絕緣自檢過程后斷開K1和K2，操作人員應(yīng)及時(shí)閉合車輛模擬控制器端K5和K6，此時(shí)充電樁檢測(cè)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(dǎo)通；當(dāng)充電樁輸出電壓達(dá)到需求電壓后，將可編程直流負(fù)載加載，達(dá)到BMS電流需求后，此時(shí)完全具備車輛接口斷開測(cè)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(cè)試，預(yù)期測(cè)試結(jié)果為：

a. 非車載充電機(jī)緊急停止充電，BMS與充電樁通信停止。

b. 發(fā)生車輛接口斷開時(shí)，供電設(shè)備應(yīng)在1 s內(nèi)將充電接口電壓降至60 V以下。

c. 充電樁發(fā)送中止充電報(bào)文中結(jié)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(shí)際測(cè)試結(jié)果如下：

a. 非車載充電機(jī)緊急停止充電，BMS與充電樁通信異常。

b. 發(fā)生車輛接口斷開時(shí)，供電設(shè)備未能在1 s內(nèi)將充電接口電壓降至60 V以下。

c. 充電樁發(fā)送中止充電報(bào)文中結(jié)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(cè)試數(shù)據(jù)分析

a. 通過以上測(cè)試結(jié)果對(duì)比可知供電設(shè)備未能按照要求在1 s內(nèi)將充電接口電壓降至60 V以下，后經(jīng)過程序檢查控制器input5和CAN2口對(duì)應(yīng)功能無法實(shí)現(xiàn)。

b. 針對(duì)車輛接口斷開測(cè)試后存在的異味情況，打開充電柜檢查，發(fā)現(xiàn)柜內(nèi)泄放電阻冒煙，后將泄放電阻取下，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過萬用表實(shí)際測(cè)量，泄放電阻無窮大，判定柜內(nèi)泄放電阻故障。具體見圖2。

圖2 充電樁柜內(nèi)電氣圖

3.3 原因確定

控制器的input5(直流輸出接觸器狀態(tài))和CAN2口(與車輛BMS通訊CAN口)在CPU芯片中損壞對(duì)應(yīng)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(xiàn)場(chǎng)發(fā)生故障時(shí)有較高瞬時(shí)異常電壓產(chǎn)生。

瞬時(shí)過電壓干擾了監(jiān)控單元與充電機(jī)模塊的通訊，導(dǎo)致充電機(jī)未能及時(shí)接收到關(guān)機(jī)命令，此時(shí)泄放接觸器動(dòng)作，直接導(dǎo)致泄放電阻一端和正母線導(dǎo)通，另一端和負(fù)母線導(dǎo)通，泄放電阻長時(shí)間帶電燒壞，泄放回路電阻長時(shí)間帶電燒毀以此導(dǎo)致泄放回路故障。

4 處理措施

更換泄放電阻及監(jiān)控單元，調(diào)試泄放電阻、監(jiān)控單元與充電樁的匹配性，測(cè)試限流50%(4個(gè)充電機(jī)模塊啟動(dòng))、100%(8個(gè)充電機(jī)模塊全部啟動(dòng))情況下可以正常啟動(dòng)充電，泄放電阻回路投退功能正常。對(duì)非車載充電機(jī)通信模塊進(jìn)行改造升級(jí)，測(cè)試整流柜側(cè)輸出接觸器、通信繼電器功能正常。

5 結(jié)束語

結(jié)合上述故障情況，為保證電動(dòng)汽車充電樁試驗(yàn)工作的順利進(jìn)行，充電樁廠家要充分認(rèn)識(shí)到直流充電系統(tǒng)中泄放回路與非車載充電機(jī)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(yàn)過程中互操作性測(cè)試、通信一致性測(cè)試及實(shí)車充電的穩(wěn)定性，加強(qiáng)故障原因分析，及時(shí)消除故障缺陷，確保充電站的安全可靠運(yùn)行。

本文責(zé)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(dòng)汽車充換電服務(wù)管理工作。

TM921

B

1001-9898(2017)03-0043-02