電動汽車充電樁現(xiàn)場安全問題的研究

魏星，陳永強(qiáng)，薛曄，張治文

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

引言

近年來，我國積極推進(jìn)電動汽車應(yīng)用，而充電樁作為電動汽車的關(guān)鍵充電設(shè)施，它本身的質(zhì)量和數(shù)量都將影響著電動汽車的推廣普及程度。在充電樁建設(shè)過程中，無論是政府主管部門，街道辦事處，小區(qū)物業(yè)公司，還是充電樁運(yùn)營企業(yè)都遇到了各種各樣的問題，本文從第三方技術(shù)機(jī)構(gòu)的角度，就其中遇到的現(xiàn)場電氣安全問題進(jìn)行一一解析，以幫助政府主管部門，街道辦事處，小區(qū)物業(yè)公司和充電樁運(yùn)營企業(yè)等相關(guān)方了解這一產(chǎn)品的安全風(fēng)險，更好的推進(jìn)電動汽車充電樁的安全使用和產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 產(chǎn)品概況和市場現(xiàn)狀

1.1 產(chǎn)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(wǎng)直接連接，輸出端的充電槍與電動汽車插口相連進(jìn)行充電。依據(jù)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(jù)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(jī)app等方式，在充電樁人機(jī)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(wù)[1]。

1.2 充電樁現(xiàn)狀

在國家優(yōu)惠政策的刺激和號召下，汽車主車廠、電網(wǎng)公司、電力設(shè)備制造商、電源企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)等大批社會資本進(jìn)入到充電樁行業(yè)，投資建設(shè)和運(yùn)營充電樁。統(tǒng)計(jì)到2019年12月，我國公共充電樁達(dá)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(dá)到62.7萬臺。

省級行政區(qū)域內(nèi)所擁有的公共類充電樁數(shù)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(dá)78.4 %[2]。

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

2 國內(nèi)外充電樁標(biāo)準(zhǔn)狀況

國外充電樁主要采用IEC標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)充電樁標(biāo)準(zhǔn)在參考IEC標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國實(shí)際情況，包括充電樁使用環(huán)境、通訊標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)之間的通信協(xié)議，充電樁互操作性方面的標(biāo)準(zhǔn)，同時結(jié)合國內(nèi)的實(shí)際情況增加了能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這些內(nèi)容在本文中暫時不做討論。表1中對比了國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)。

3 充電樁安全現(xiàn)狀

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

依據(jù)上文中的國家標(biāo)準(zhǔn)和能源局標(biāo)準(zhǔn)，充電樁的現(xiàn)場情況發(fā)現(xiàn)有以下問題。

3.1 電擊防護(hù)

依據(jù)JB/T 5777.4-2000，直流電源設(shè)備內(nèi)任意應(yīng)接地的點(diǎn)至總接地之間的電阻應(yīng)不大于0.1 Ω，而充電樁外殼與地間的接觸電阻大于標(biāo)準(zhǔn)限值0.1 Ω（如圖1），主要原因是接觸螺釘嚴(yán)重生銹或松脫，導(dǎo)致電阻變大，進(jìn)而影響外殼的電擊防護(hù)能力，人體在觸摸樣品外殼時容易導(dǎo)致觸電風(fēng)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(dǎo)致帶電部件的防護(hù)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(fēng)險（如圖2）。

3.3 絕緣性能

表1 充電樁國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對比

由于充電樁樣品屬于高電壓類產(chǎn)品，如果充電樁絕緣性能不合格，容易因?yàn)殪o電、雷擊、交叉電流影響等因素，導(dǎo)致充電樁被擊穿或者閃絡(luò)現(xiàn)象，就會導(dǎo)致人體與高壓帶電部件直接接觸，造成觸電風(fēng)險。絕緣性能不合格的現(xiàn)象是直流充電樁樣品在試驗(yàn)電壓1 000 V下絕緣電阻小于10 MΩ。絕緣試驗(yàn)的試驗(yàn)等級見表2。

表2 絕緣試驗(yàn)的試驗(yàn)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(xiàn)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(dǎo)致使用者誤操作。

急停功能不合格的現(xiàn)象為充電樁急停按鈕被拆除，導(dǎo)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(hù)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(yàn)

充電樁在故障條件下，無法及時切斷電源，繼續(xù)給負(fù)載充電，將導(dǎo)致起火、爆炸等風(fēng)險。

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

絕緣接地保護(hù)試驗(yàn)，模擬充電機(jī)輸出發(fā)生接地故障或絕緣水平下降到絕緣接地保護(hù)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(fā)生短路時，是否能夠立即切斷電源；

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

3.6 運(yùn)營性安全風(fēng)險

由于運(yùn)營商管理不規(guī)范導(dǎo)致的安全風(fēng)險有充電區(qū)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(shè)施、無防撞設(shè)施、充電終端外殼破損、內(nèi)部進(jìn)線口未密封（防止蟲鼠進(jìn)入造成短路）等。運(yùn)營安全風(fēng)險如圖4所示。

圖4 運(yùn)營安全風(fēng)險圖片

4 小結(jié)

充電樁是一類專門用于給電動汽車充電的電氣設(shè)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(chǎn)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(fā)生安全事故較多的產(chǎn)品之一，尤其在用電環(huán)境惡劣的地方，觸電和起火事故時有發(fā)生，近年來，相關(guān)傷害案例時有報道。

通過對在役公共充電樁的安全問題進(jìn)行核查，發(fā)現(xiàn)在役公共充電樁存在的安全問題包括：電氣安全問題和運(yùn)營安全問題，這些問題對正如火如荼推進(jìn)充電樁建設(shè)的政府主管部門，街道辦事處，小區(qū)物業(yè)公司和充電樁運(yùn)營企業(yè)等起到了警醒作用，為政府主管部門，街道辦事處，小區(qū)物業(yè)公司和充電樁運(yùn)營企業(yè)規(guī)范電動汽車充電樁的管理，避免造成人員和財(cái)產(chǎn)損失提供了技術(shù)方面的支撐。