電動汽車直流充電樁檢驗方法研究

葛笑寒

摘 要：在分析充電樁功能的基礎上，研究了測試要求及方法，主要分析了外觀檢查檢驗的內容和要求;例行檢驗中的電源電壓的適應性、溫度試驗及震動、沖擊試驗的要求。針對沖充電樁面向廣大客戶的情況，進行了電磁兼容性能測試，介紹了電快速瞬變脈沖群、浪涌、射頻輻射、靜電放電抗擾度、電壓暫降和短時中斷、諧波電流發(fā)射、輻射騷擾、傳導騷擾等試驗，為充電樁出廠的穩(wěn)定性、安全性提供借鑒。

關鍵詞：直流充電樁;電磁兼容;試驗

中圖分類號：TM910.6;TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）32-0110-03

Research on Inspection Method of Electric Vehicle Charging Pile

GE Xiaohan

（Sanmenxia Polytechnic，Sanmenxia Henan 472000）

Abstract： Based on the analysis of the function of the charging pile， the testing requirements and methods were studied. The contents and requirements of appearance inspection， the adaptability of power supply voltage， the requirements of temperature test， vibration and shock test in routine inspection were mainly analyzed. According to the situation of charging piles facing customers， the EMC performance test was carried out. The test of fast transient electric pulse group， surge and radio frequency radiation were introduced， which could provide guidance for the stability and safety of charging piles when they leave the factory.

Keywords： charging pile;electromagnetic compatibility;test

目前，多數發(fā)達國家，如英國、法國、美國等國家都建立了以充電樁為主，其他充電設施為補充的充電網絡[1]。在深圳的示范作用下，河南省預計到2020年，全省建設電動汽車充電站1 160座、充電樁85萬余個。充電樁是連接城市電網系統(tǒng)和電動汽車動力電池的橋梁，面對廣大消費者使用。因此，其必須滿足安全性能和電磁兼容性能，才能安全可靠運行，不會干擾其他設備的正常運行。本文結合充電樁的結構和工作原理，對電動汽車交流充電樁測試、電磁兼容騷擾測量及抗擾度測試等問題進行討論。

1 電動汽車充電樁介紹

充電樁主要有直流和交流兩種類型。交流充電樁為車載充電機提供交流電，采用小電流慢速充電[2]。交流充電樁占地面積小、結構簡單。直流充電樁是充電機的前端設備，直接利用充電機產生的直流電對電動汽車電池充電。充電機的核心是功率轉換裝置，即把交流電變換為直流電，通過電池管理系統(tǒng)、非車載能量管理系統(tǒng)和充電機通信實現(xiàn)對動力電池充電。該種方式主要針對大功率車輛或者短時充電需求。

2 充電樁測試基本要求和方法

充電樁出廠使用前，必須由專門的檢測機構檢測，保證充電樁的性能指標滿足出廠要求。

2.1 外觀檢驗

外觀檢驗內容主要有：樁體是否干凈整潔，操作面板、金屬機殼的防銹漆及銘牌是否缺失或者損壞;產品的結構是否與設計圖紙一致，是否有開焊、變形和銹蝕等問題，選裝機構是否可靠，控制開關型號和安裝位置是否可靠。此外，金屬外殼需要有效接地，包括會接觸的門或拉手需要有防觸電接地，對地電阻不大于0.5Ω;戶外安裝的充電樁外殼防護性能不低于IP54級的要求，戶內不低于IP51級的要求。

2.2 例行試驗

該試驗主要用于檢驗產品質量的可靠性，實際中常常進行抽驗檢驗。但是，新產品或者改良產品則必須進行例行試驗。試驗針對主要指標測試，主要是通用性、安全性和使用性功能試驗。這樣能發(fā)現(xiàn)潛伏缺陷和故障。

2.2.1 對供電電源適應能力的試驗。該試驗包括介質強度和沖擊強度試驗，使用高壓脈沖發(fā)生器。試驗點均為各帶電導體和大地、無電氣聯(lián)系的導電回路。前者的試驗電壓為0.5kV和2kV，后者為1kV和5kV。試驗結論：無閃絡和擊穿現(xiàn)象，合格。通過工頻交流電，電壓為2kV，在電源及交流信號輸入、輸出回路對地測試，輸出繼電器的常開觸點之間測試，經過1min的絕緣強度試驗。不出現(xiàn)擊穿和閃絡放電現(xiàn)象則為合格。

2.2.2 溫度試驗。溫度試驗主要檢查溫度變化對電氣設備的影響，確定設備在高溫下的工作性能和數據存儲性能，其分為高溫、低溫的負荷和存儲試驗。該試驗是把設備放在裸露且不通電的條件下，設備處于工作狀態(tài)時，把設備放入試驗箱內，進行上下限工作溫度試驗。溫度要求室溫逐漸升高到120℃±2℃，保溫8h;然后取出，在空氣中冷卻至室溫。之后，再將其放入低溫箱內，應能保證其在正常使用時端子的溫升不會超過50℃。

2.2.3 振動和沖擊試驗。把充電樁緊固在專門的振動臺和沖擊臺上進行單一頻率（50Hz）振動試驗、可變頻率（50～2 000Hz）振動試驗和沖擊試驗。一般在一定頻率范圍內循環(huán)或非重復機械沖擊，檢驗主要技術指標是否仍符合要求。

2.2.4 絕緣電阻及絕緣強度試驗。充電槍及各個端子與金屬部件之間的絕緣電阻不小于10MΩ。使用電壓等級為1 000V的兆歐表進行試驗，過程中沒有閃絡、擊穿等破壞性放電出現(xiàn);充電樁有一定的絕緣強度，輸出端子對地之間能承受工頻2 500V的電壓或者3 500V的直流高壓1min，沒有擊穿或者閃絡現(xiàn)象出現(xiàn)，則合格。

3 電磁兼容性能測試

根據電磁兼容 試驗和測量技術系列標準（GB/T 17626）和《信息技術設備的無線電騷擾限值和測量方法》（GB 9254—2008）標準可知，電磁兼容性試驗包含：靜電放電抗擾度、射頻電磁場輻射抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、浪涌抗擾度、電壓暫降和短時中斷抗擾度、諧波電流發(fā)射、傳導騷擾和輻射騷擾等八項內容[3]。在標準定義下工作，試驗結果符合A類或B類判據均認為充電設備合格。

3.1 靜電放電抗擾度

各類電氣、電子設備的防靜電危害要求均以防人體靜電為主。人體電阻的等效模型如圖1所示。通常每一個定點以1次/s的速度放電20次進行試驗。在外殼上或者操作部位加8kV電壓，或者臨近設備8kV電壓靜電放電，不會損壞或者誤動作，且能正常運行。

3.2 電快速瞬變脈沖群、浪涌及射頻干擾試驗

3.2.1 電快速瞬變脈沖群測試。該測試根據國家標準《電磁兼容 試驗和測量技術 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗》（GB/T 17626.4—2008）和國際標準《電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗》（IEC61000-4-4 GB T17626.4）進行，主要內容包括信號發(fā)生器和耦合網絡[4]。本試驗通過耦合/去耦網絡施加試驗電壓，電壓等級為4kV，重復頻率為100kHz，試驗時間1min，脈沖群持續(xù)時間為0.75ms，每個脈沖群間隔10s。試驗布置如圖2所示。試驗完成后一段時間，充電樁設備仍能夠正常工作。

3.2.2 浪涌抗干擾度檢驗。試驗使用的設備型號為NS，參數為0.2～6.6kV、3.3kA、10～1000A/M浪涌試驗在線-線和線-地之間進行，試驗等級為4kV;正、負極性的干擾各加5次，最大重復率為1次/min。試驗電壓和波形如圖3所示。試驗顯示，整個過程中，充電樁沒有損失，運行中充電電流、電壓正常，顯示完好;試驗完成后一段時間，充電樁設備仍能正常工作。

3.2.3 輻射發(fā)射測試。試驗使用的輻射電磁場抗擾度測試系統(tǒng)，相關設備型號為2CBL6144（26MHz～3GHz）。電磁場抗擾度測試系統(tǒng)方案如圖4所示。該試驗在電波暗室中進行，頻率范圍30MHz～1GHz，充電樁處于負載模擬充電。試驗干擾過程中，充電樁完好。試驗完成后一段時間，充電樁設備仍能夠正常工作。

3.3 諧波電流發(fā)射

該測試根據根據《電磁兼容限值對額定電流大于16A的設備在低壓供電系統(tǒng)中產生的諧波電流的限制》（GB-Z 17625.6—2003）標準進行。直接使用交流電源的電動車輛設備承受的電壓諧波為50～2 000Hz，受試設備應加工頻交流電源，電壓波動為±2.0%，頻率波動為±0.5%。測試要求，試驗電壓的峰值應在其有效值的1.40倍到1.42倍。諧波要求為：3次諧波不超過0.9%，5次諧波不超過0.4%，7次諧波不超過0.3%，9次諧波不超過0.2%，11～40次諧波不超過0.1%，2～10次偶次諧波不超過0.2%。諧波電流發(fā)射測試如圖6所示。圖6中，S為供電電源;EUT是被試設備;Zm為輸入阻抗;Im為線電流的m次諧波分量;M為測量設備;U為試驗電壓;Zs為電源的內阻抗;G為電源的開路電壓。

3.4 傳導騷擾

使用電源網絡及帶有平均值檢波和峰值檢波功能的干擾接收機，頻率為150kHz～30MHz。 傳導發(fā)射示意圖如圖7所示。圖7中，AMN是人工電源，EUT為被試設備。依次對電源線的每根導線（相線和中性線）進行測量，先找出最大騷擾時的頻率值和工作狀態(tài)，然后最終測量并記錄數據。

3.5 輻射騷擾

該指標用來評價電氣設備的抗射頻輻射電磁場干擾的能力。依據國家標準《電磁兼容 試驗和測量技術 射頻電磁場輻射抗擾度試驗》（GB/T 17626.3—2006）中的試驗方法，要求充電樁應能抗御10V/m的射頻輻射電磁場影響而不發(fā)生錯誤動作，并能正常工作。標準適用的頻率范圍為80～1 000MHz，要求用1kHz的正弦波對載波頻率進行幅度調制（調制深度為80%）。

4 結語

對電動汽車直流充電樁提出了外觀檢驗、例行檢驗和電磁兼容性試驗等三個主要測試內容。接地電阻不大于0.5Ω，安裝與戶外的充電樁外殼防護性能要高于IP54級，在戶內安裝的充電樁防護性能等級高于IP51級;供電電源適應能力試驗、介質強度和沖擊強度試驗，溫度試驗等進一步試驗充電樁的特性。最后，通過快速瞬變脈沖群、浪涌、射頻輻射等驗證其電磁兼容性能。這些項目能最大限度地保障充電樁的合格性和面向用戶的安全性。目前，試驗方法沒有統(tǒng)一標準，各種機構試驗結果可能不同，國家標準出臺后有望解決這一困境。

參考文獻：

[1]陳也清.綠色汽車的寄托：華中電科院《國內外電動汽車及其充電設施發(fā)展狀況分析》解讀[J].國家電網，2010（9）：58-59.

[2]羅文雲，周浩，李金寶.國內外電動汽車充電設施發(fā)展現(xiàn)狀綜述[J].機電信息，2017（24）：156-157.

[3]伍福平，王小軍，袁泉，等.電動汽車充電設施的現(xiàn)狀與問題分析[J].科學技術創(chuàng)新，2018（32）：195-196.

[4]姜寧浩.完善我國非車載傳導充電設備的電磁兼容要求[J].安全與電磁兼容，2016（6）：9-10.