基于電動車輛直流充電接口端子溫升的研究

徐達(dá)成

基于電動車輛直流充電接口端子溫升的研究

徐達(dá)成1,2,3

（1.上海機(jī)動車檢測認(rèn)證技術(shù)研究中心有限公司，上海 201805；2.國家機(jī)動車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（上海），上海 201805；3.國家新能源機(jī)動車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，上海 201805）

針對電動車輛直流充電接口的充電安全，通過試驗(yàn)的方式研究分析了線纜橫截面積和壓接方式對端子溫升產(chǎn)生的影響。試驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明，直流充電接口選用的線纜橫截面積越大，端子溫升值越小，可通過的電流值越大；同時端子壓接的更緊固，充電過程中產(chǎn)生的端子溫升值更低。試驗(yàn)結(jié)果可為相關(guān)的生產(chǎn)企業(yè)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供參考。

電動車輛；直流充電接口；端子溫升

序言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車的數(shù)量不斷增多，能源的不斷消耗和環(huán)境惡化問題日益尖銳[1]。近年來，電動車輛的普及已成為解決全球能源危機(jī)和環(huán)境污染的有效手段[2]。十三五規(guī)劃確定我國將會大幅提升新能源汽車的比例，推動新能源汽車、新能源和節(jié)能環(huán)保等綠色低碳產(chǎn)業(yè)成為支柱產(chǎn)業(yè)。中國已作為全球電動汽車產(chǎn)銷量第一的國家，充電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)政策對于市場表現(xiàn)的影響更是至關(guān)重要[3]。

通過中國電動車市場調(diào)研報告，電動車的發(fā)展是我國乃至世界各國汽車發(fā)展的必然趨勢，而充電技術(shù)的研究是電動車發(fā)展的重要因素，因此對電動車充電系統(tǒng)這一主要環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，是以后電動車設(shè)計(jì)的重要組成部分[4]。針對電動車輛的充電系統(tǒng)方面，國家在2015年先后發(fā)布了5款標(biāo)準(zhǔn)[5-9]，并于2017年再次發(fā)布了三款標(biāo)準(zhǔn)[10-12]對其進(jìn)行補(bǔ)充說明。

直流充電接口作為充電系統(tǒng)中主要部件之一，隨著純電動車輛的普及，已經(jīng)越來越受到重視，如何保證其充電過程中的安全尤為重要。通過大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對直流充電接口的安全性能有較大影響的有溫升試驗(yàn)，分?jǐn)嗄芰υ囼?yàn)及耐燃耐熱試驗(yàn)等。本文通過電動車輛直流充電接口端子的溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析影響溫升的主要原因，從而給制造商提供相關(guān)的技術(shù)支持。

1 工作原理

1.1 直流充電接口的工作原理

直流充電是有線充電的一種模式。有線充電也可稱為接觸式充電。按充電過程中是否替換電池又可分為整車更換電池模式和直充模式[13]。根據(jù)GB/T20234.3-2015[8]中要求，直流充電接口主要由DC+，DC-，PE，S+，S-，CC1，CC2，A+和A-這9個觸頭組成，其中DC為直流電源的正負(fù)極，PE為保護(hù)接地，S為充電通訊，CC為充電連接確認(rèn)，A為低壓輔助電源。具體觸頭的分布形式見圖1。非車載充電機(jī)在車輛通訊協(xié)議的控制下，通過直流充電接口，對電池進(jìn)行充電。

圖1 直流充電接口觸頭布置圖

1.2 溫升試驗(yàn)的工作原理

針對直流充電接口，溫升試驗(yàn)的主要測量位置為每個觸頭與線纜進(jìn)行壓接的端子處。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T20234.1-2015[6]中的要求，端子溫升是判定車輛在充電過程中發(fā)熱的重要指標(biāo)。端子溫升在環(huán)境溫度為25±5 ℃的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，對線纜通過標(biāo)準(zhǔn)要求的交流電流，每過10分鐘讀取一次溫升值，當(dāng)連續(xù)3次讀書的溫升值低于2K時，則認(rèn)為達(dá)到了溫度穩(wěn)定狀態(tài)，從而記錄端子的最大溫升值。其溫升值的具體公式可寫為：

式中△為溫升值，K；為測量溫度，℃；

2 試驗(yàn)平臺搭建

由于電流越大，溫升值越高。故本文只對DC端觸頭進(jìn)行試驗(yàn)。將直流充電接口中DC觸頭的線纜兩端連接至溫升試驗(yàn)臺，同時，將K型熱電偶黏貼在端子處，并用耐高溫絕緣膠帶進(jìn)行固定。對試驗(yàn)環(huán)境溫度進(jìn)行控制，當(dāng)溫濕度表顯示的溫度濕度均在試驗(yàn)要求的范圍內(nèi)時，開啟溫升試驗(yàn)臺，設(shè)置試驗(yàn)使用的電流值，啟動電源，通過實(shí)時采集到的溫度值進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。具體的試驗(yàn)布置圖見圖2。

圖2 溫升試驗(yàn)測試圖

3 試驗(yàn)數(shù)值分析

根據(jù)GB/T20234.1-2015[6]中的要求，直流充電接口的額定電流值為80 A，125 A，200 A和250A，其對應(yīng)的溫升試驗(yàn)測試電流值如表1所示。

表1 溫升試驗(yàn)測試電流值

3.1 線纜橫截面積對溫升值的影響

分別選取當(dāng)前最常用的橫截面積為25 mm，35 mm，50 mm和70 mm的線纜，對其通過不同的測試電流進(jìn)行溫升試驗(yàn)，溫升曲線圖如圖4所示。由圖可知：無論何種線纜橫截面積，端子的溫度均隨著時間的增加而增大，且增幅逐漸變?。辉谙嗤木€徑橫截面積下，測試電流值越小，溫度越早趨于穩(wěn)定，同時隨著測試電流值的增大，溫升不斷變大。這說明了在直流充電接口充電過程中，端子的溫升與充電電流有關(guān)，充電電流越大，溫度穩(wěn)定時間越長，溫升越高。

（a）25mm （b）35mm

（c）50mm （d）70mm

圖4 相同橫截面積下端子溫升曲線

圖5給出了不同測試電流下端子溫升隨橫截面積的變化曲線，從圖中可以發(fā)現(xiàn)：在相同的測試電流下，隨著線纜橫截面積的增大，端子溫升逐漸減小，且降幅越來越?。粶y試電流越大，端子溫升值隨線纜橫截面積變化幅度越大。這說明了線纜橫截面積與端子溫升成反比；測試電流越大，線纜橫截面積對溫升的影響越明顯。

圖5 不同測試電流下端子溫升隨橫截面積的變化

圖6顯示的為不同橫截面積下端子溫升隨測試電流值的變化曲線，可以看到：測試電流越大，端子溫升呈非線性增大趨勢，且增幅越來越大；在相同的測試電流下，隨著線纜橫截面積的增大，溫升逐步增大；不同橫截面積線纜間的溫升差值隨著測試電流的增大而增大。這說明了測試電流與端子溫升成正比；隨著線纜橫截面積的增加，端子溫升值受到測試電流的影響越來越小。

沙集站原廠房高壓開關(guān)室設(shè)備布置共安裝有6 kV進(jìn)線柜、站變開關(guān)柜、電壓互感器柜、電容器避雷器柜以及含5臺主機(jī)高壓開關(guān)柜在內(nèi)的9只高壓開關(guān)柜，柜頂采用母排硬連接。本次增設(shè)變頻發(fā)電機(jī)組后，因原6 kV開關(guān)室預(yù)留的安全距離不能滿足開關(guān)柜擴(kuò)展需要，且柜頂采用母排硬連接，需要進(jìn)行接線調(diào)整，詳細(xì)方案如下：①原6 kV進(jìn)線開關(guān)改為兩段母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)；②原站變高壓開關(guān)改為變頻電動機(jī)開關(guān)；③在變頻機(jī)房布置6 kV進(jìn)線柜、站變高壓開關(guān)柜、電壓互感器柜、變頻發(fā)電機(jī)開關(guān)柜、6kV出線柜。

·馬改戶 曹春生 何鄂 陳云崗 黎明 郭北平楊參軍 白羽平 冷軍 朱春林等10位雕塑、油畫大家力挺學(xué)術(shù)邀請展

對于第一類拒動概率和第一類誤動概率指標(biāo)是根據(jù)統(tǒng)計(jì)的故障次數(shù)計(jì)算的的全概率，其中第一類拒動屬于隱性故障。代表著某一相對獨(dú)立的繼電保護(hù)系統(tǒng)的硬件在以后一段時間t 內(nèi)發(fā)生1 次故障的可能性，也是硬件的可靠水平指標(biāo)。減小這兩個風(fēng)險指標(biāo)，可以有效的降低系統(tǒng)的誤操作，從而提高系統(tǒng)的可靠性，通常的措施就是：

圖6 不同橫截面積下端子溫升隨測試電流值的變化

3.2 端子壓接對溫升值的影響

大量的試驗(yàn)表明，在相同的線纜橫截面積中，通過相同的測試電流，其溫升值也存在著差異。本文分別選取了3款樣品，其線纜橫截面積均為70 mm。樣品圖片見圖7。其中，樣品A壓接處包裹的最嚴(yán)密，樣品B其次，樣品C則為壓接縫隙最大。

（a）樣品A （b）樣品B （c）樣品C 圖7 不同壓接方式的端子

對三個樣品進(jìn)行通過測試電流為250 A的溫升試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖8，圖9所示。由圖8中可知：不論選用何種壓接方式，樣品的溫度均隨著時間成非線性增加；樣品的溫度穩(wěn)定時間基本在60-70分鐘。

圖8 相同電流下不同樣品溫度隨時間的變化曲線

圖9通過柱狀圖的形式更加直觀地顯示了端子的溫升值?？梢钥闯觯簶悠稟的溫升值明顯低于其他兩個樣品，這說明了壓接方式對端子溫升有影響作用，壓接處越牢固，接觸面積越多，端子溫升越低。

蔬果產(chǎn)業(yè)對洪都拉斯的貿(mào)易平衡有積極的作用。雖然其2003年出口總額在3億美元以上，但包括加工產(chǎn)品在內(nèi)，進(jìn)口量僅約5000萬美元。2003年僅新鮮水果和蔬菜進(jìn)口就約2000萬美元，意味著其是進(jìn)口替代的好機(jī)會。種植新鮮水果和蔬菜最好的地區(qū)是Intibuca、科馬亞瓜和拉巴斯。喬盧特卡山谷地區(qū)也是非常重要的，但是這一地區(qū)的種植權(quán)限主要集中在大型出口企業(yè)手中，不在我們此次的討論范圍之內(nèi)。

圖9 不同樣品的端子溫升值 4 結(jié)論 （1）端子溫升受到線纜橫截面積大小的影響。在相同的測試電流下，橫截面積越大，端子溫升越小。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T20234.1-2015[6]中的要求，端子溫升值不能大于50 K，因此，25 mm和35 mm的線纜可適用于80 A和125 A的直流充電接口，50 mm和70 mm可適用于標(biāo)準(zhǔn)[6]規(guī)定的所有直流充電接口。 （2）端子的壓接對端子溫升有一定地影響作用。觸頭與線纜壓接的越緊，接觸面積越大，端子的溫升越小，這可使得在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，擁有相同橫截面積線纜的直流充電接口可通過更大的充電電流。 參考文獻(xiàn) [1] 李赟,朱發(fā)旺. 基于感應(yīng)充電的電動車充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電源設(shè)計(jì), 2017, 9(41), 1364-1365,1376. [2] 周文雲(yún),周浩,李金寶.國內(nèi)外電動汽車充電設(shè)施發(fā)展現(xiàn)狀綜述[J].機(jī)電信息,2017,24(522),156-157. [3] 岳為眾,張晶,劉穎琦.產(chǎn)業(yè)政策于市場表現(xiàn)關(guān)聯(lián)—以中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施為例[J] 2019,2(40),82-94. [4] SHAABAN M F,EAJAL A A. Coordinated charging of plug-in hybrid electric vehicles in smart hybrid AC/DC distribution systems [J]. Renewable Energy, 2015, 82: 92-99. [5] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會.電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)通用要求:GB/T 18487.1-2015[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015. [6] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會.電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置通用要求: GB/T 20234.1—2015[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015. [7] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會.電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置交流接口: GB/T 20234.2—2015[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015. [8] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會.電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置直流接口: GB/T 20234.3—2015[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015. [9] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會.電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)中間的通信協(xié)議:GB/T 27930—2015[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015. [10] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會.電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試規(guī)范第1部分:供電設(shè)備:GB/T 34657.1-2017[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2017. [11] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會.電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試規(guī)范第2部分:車輛:GB/T 34657.2—2017[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2017. [12] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會.電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議一致性測試:GB/T 34658—2017[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2017. [13] ROMON T G S, MOMBER I, ABBAD M R, et al. Regulatory framework and business models for charging plug-in electric vehicles: Infrastructure, agents, and commercial relationships [J]. Energy Policy, 2011, 39(10): 6360-6375. Research on Terminal Temperature Rise of DC Charging Coupler for Electric Vehicle Xu Dacheng1,2,3 ( 1.Shanghai Motor Vehicle Inspection Certification & Tech Innovation Center Co., LTD., Shanghai 201805;2.National Center of Supervision and Inspection on Motor Vehicle Products Quality (Shanghai), Shanghai 201805;3.National Center of Supervision and Inspection on New Energy Motor Vehicle Products Quality, Shanghai 201805 ) Abstract:Aiming at the charging safety of DC charging coupler for electric vehicles, the influence of cable cross-sectional area and compression connection mode on terminal temperature rise was studied and analyzed by doing experiment. The test results show that the larger the cross-sectional area of cable used in DC charging coupler, the smaller the terminal temperature rise is, and the greater the current value can be passed. The terminal pressure fastening, the terminal temperature rise in charging process is lower. The test results can be used as reference for optimizing product design of relevant manufacturing enterprises. Keywords:Electric vehicle; DC charging coupler; Terminal temperature rise CLC NO.: TK01 Document Code: A Article ID:1671-7988(2019)14-28-04 中圖分類號：TK01 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7988(2019)14-28-04 作者簡介：徐達(dá)成（1990-），男，上海人，工程師，碩士，主要研究方向?yàn)樾履茉礄C(jī)動車電機(jī)、電控及充電系統(tǒng)。 10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.14.009