電動汽車和直流充電樁兼容性性能測試分析

秦國防　劉力

摘要：隨著社會環(huán)保理念的進一步深入，新能源的快速發(fā)展，電動汽車成為當前交通市場的重點發(fā)展對象，而解決電動車市場的進一步擴大，需要解決好相應的充電樁建設工作，在目前的電動汽車充電樁建設中，直流充電樁在建設中，做好其兼容性性能測試，對于確保充電樁建設質(zhì)量具有很好的效果。本文主要針對電動汽車以及直流充電樁兼容性測試進行分析，探究電動汽車和直流充電樁兼容性測試的有效路徑。

關(guān)鍵詞：電動汽車;直流充電樁;兼容性;性能測試

0 ?引言

隨著當前電動汽車應用普及，充電樁的兼容性是制約電動汽車發(fā)展的主要因素之一，要想進一步促進國內(nèi)電動汽車市場發(fā)展，提升電動汽車服務質(zhì)量，制定相關(guān)的電動汽車以及充電樁實地測試項目，開展電動汽車的充電兼容性測試?？紤]到直流充電中的電流比較大，因此充電的危險系數(shù)很高，容易造成對于電瓶的損害，對此，需要針對電動汽車的直流充電樁兼容性性能進行測試，保證充電樁兼容性，確保充電安全。

1 ?當前電動汽車充電樁建設現(xiàn)狀

目前，電動汽車的市場發(fā)展和推廣應用中，相關(guān)的充電樁是充電站建設中的重要組成部分，因為其負載特點是非線性，因此在投入和使用中會產(chǎn)生相應的諧波問題，對于電能質(zhì)量會產(chǎn)生一定影響，這對于電網(wǎng)也勢必會帶來影響，所以，需要針對電動汽車充電樁兼容性進行分析。在充電樁的拓撲結(jié)構(gòu)中，相應的整流環(huán)節(jié)以及DC/DC功率變換環(huán)節(jié)至關(guān)重要，在相關(guān)研究中，更多的是傾向于對整流中產(chǎn)生的諧波分析研究，針對功率變換環(huán)節(jié)的諧波影響研究不足，一些研究中提出分別建立單臺充電樁和充電站仿真模型，將單臺和多臺充電樁工作中產(chǎn)生的諧波影響進行對比分析，不過在實施諧波分析中將功率變換環(huán)節(jié)看作是非線性電阻。也有學者研究建立三種不同整流方式充電樁仿真模型，并借助快速傅里葉變換法來實施諧波影響分析，不過相應分析中沒有對于不同充電功率產(chǎn)生的諧波進行區(qū)別分析。也有研究中提出通過在單臺三相不可控整流充電樁模型前提下，對于多充電樁諧波特點進行分析，但是沒有針對不同拓撲結(jié)構(gòu)充電樁的諧波特征實施有效區(qū)分。對此，借助直流快速充電模式分析，提出多拓撲結(jié)構(gòu)充電樁諧波模式構(gòu)建下，做好直流充電樁兼容性性能測試工作，對于切實保證充電樁安全性具有突出作用。

2 ?測試方案設計

針對直流充電樁開展兼容性測試工作中，需要重點做好通信、時序及相關(guān)功能方面的測試。對此，開展相應的測試方案設計，準備相應測試設備，滿足對于數(shù)據(jù)采集和障礙模擬的需要，將相應充電樁的充電槍插在設備中，借助雙頭槍將和設備連接到具體的電動汽車上，在設備內(nèi)部通過將充電樁和汽車接口進行繼電器和導線連接，借助示波器對于電流和電壓進行監(jiān)測，再使用CAN盒對于CAN的信號實時監(jiān)測，這一設備除了自身的功能外，還能夠?qū)嵤^電器模擬發(fā)生故障情況進行連接中斷。

3 ?測試結(jié)果分析

3.1 充電環(huán)境總結(jié) ?在測試后，發(fā)現(xiàn)相關(guān)充電樁充電槍出現(xiàn)錯位的情況，放置比較隨意，這樣相關(guān)充電槍不能得到很好地保護，容易被過往的車輛碾壓，對此，對于充電槍的磨損會比較大，會導致充電槍的使用耐久性不斷降低，不能滿足長期使用的需要。其次是在充電樁測試中，存在燃油車占位的情況，因為當前投入使用的充電樁還比較有限，不能滿足大量電動汽車充電的需要，這樣就會導致在一些電動汽車充電樁數(shù)量不足的地區(qū)相應的停車位比較緊缺，導致充電資源不能得到有效應用。此外，在充電環(huán)境問題中還發(fā)現(xiàn)相應的電動汽車充電口位置出現(xiàn)問題，一些電動汽車充電接口設計在車身一側(cè)位置，要是充電樁在路邊，充電接口和充電樁位置相反的情況下，此時往往會因為充電線的長度不足導致不能順利充電。還有就是目前的電動汽車充電APP類軟件對于充電站的真實情況還能夠完整的呈現(xiàn)，對于占位、充電車輛數(shù)量，剩余可用充電樁數(shù)量等信息不能全面呈現(xiàn)，這樣會導致司機對于具體的充電樁的可用情況不能有效把握，可能到達充電站后沒有可用充電樁，只能等待或者前往另一個充電站，這樣會導致車主出現(xiàn)充電恐慌，甚至在路途中出現(xiàn)電量耗盡的情況，帶來很多的不便。

3.2 充電接口問題 ?在具體的充電樁兼容性測試中，發(fā)現(xiàn)充電插頭和插座之間存在一定的干擾問題，可能存在車輛插頭和車輛插座尺寸能夠滿足要求，但是因為車輛自身的空間尺寸以及設計問題會導致出現(xiàn)一些干擾，也可能導致充電失敗。此外，相關(guān)的插頭插座不能完全插合，但是充電可以正常進行，要是接口處出現(xiàn)過熱的情況，也會導致充電接口出現(xiàn)燒蝕，對于充電安全和設備安全都是非常不利的。

這種充電接口的燒蝕問題還可能是因為相應的充電樁應用中存在長期發(fā)熱的情況，會導致老化，此外，還有一部分是因為相關(guān)廠家充電接口在匹配中可能會出現(xiàn)干涉，無法實現(xiàn)完全有效接觸，要是充電槍出現(xiàn)燒蝕情況，這樣充電槍就會導致車輛充電中出現(xiàn)傳染，造成大面積的車輛接口以及充電設備接口的燒蝕問題，嚴重情況下還會引發(fā)火災，對于人身安全以及設備安全都會造成一定的威脅。

3.3 絕緣檢測問題 ?在充電樁兼容性測試中，發(fā)現(xiàn)充電的絕緣性性能還存在一定的不足，根據(jù)相關(guān)的充電樁設備標準和要求來看，需要在完成車輛接口的完全連接情況下，將相關(guān)的K3和K4接口閉合起來，使用相關(guān)低壓輔助供電回路，做好疏通工作，閉合K1和K2的情況下，實施絕緣測試，這時輸出電壓應該是車輛通信中的最高允許充電總電壓以供電設備額定電壓的較小數(shù)值，在測試中采集的相關(guān)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)該充電樁存在下列幾點問題：第一，插槍后就出現(xiàn)充電電壓，且在沒有進行絕緣檢測的情況就對汽車進行充電，這樣會導致相關(guān)用戶在插槍的時候存在觸電危險，對于車輛的充電安全也是不利的。第二，在完成充電插槍后也沒有絕緣測試，充電樁就會響應汽車充電需要，要是此時出現(xiàn)絕緣故障，也會導致觸電風險增加。第三，使用充電樁可輸出對地電壓（200V）實施絕緣檢測，而沒有將BHM和供電設備額定電壓中的較小值，這樣的處理方式也可能導致絕緣檢測電壓降低，不能達到相關(guān)規(guī)范要求。

4 ?總結(jié)

之前老舊車型在銷售當年并無國家電樁標準，2015年新國標出臺后出現(xiàn)老舊車型與新國標充電樁不兼容，相關(guān)汽車公司為消費者提供多種充電方式以及舊車置換服務，以解決此類問題。為了進一步提升充電樁的兼容性，需要結(jié)合目前充電樁兼容性檢測中存在的突出問題進行進一步的完善，針對相應的充電環(huán)境進行改善，對于充電接口干涉進行處理，做好絕緣檢測工作等，避免充電樁在使用中可能存在的各種風險問題，促進充電樁安全有效使用，為廣大電動汽車用戶提供有效的充電支持，促進電動汽車市場對接進一步擴大。

參考文獻：

[1]黃令忠.交流充電樁的電磁兼容試驗中的問題與對策[J].電工技術(shù)，2019（06）：86-87，90.

[2]竇汝鵬，王嬌嬌，李津.國內(nèi)電動汽車和直流充電樁兼容性測試和分析[J].汽車電器，2018（06）：23-25.

[3]王嬌嬌，竇汝鵬，李川.電動汽車直流充電兼容性分析與測試方案設計[J].汽車電器，2018（05）：10-13.

[4]管玉華.新國標下的交流充電樁電源及信號接口解決方案[J].電子產(chǎn)品世界，2016，23（07））：74-75.

[5]謝宏辰.電動汽車充電接口新國標發(fā)布 未來充電樁將兼容[J].能源研究與利用，2016（01）：14.

基金項目：河南省科技廳國際合作科技攻關(guān)計劃項目《合作研究電動汽車鋰電池成組及系統(tǒng)管理關(guān)鍵技術(shù)》，項目編號：152102410005。

作者簡介：秦國防（1968-），男，河南沁陽人，副教授，本科，研究方向為機電一體化及智能控制技術(shù);劉力（1986-），男，河南信陽人，助教，本科，研究方向為新能源汽車技術(shù)。