純電動公交車充電連接裝置故障分析及預防措施

北京公共交通控股（集團）有限公司保修分公司 李躍華

純電動公交車運行一定里程后，需補充電能（即充電）。電動公交車到充電站充電，車與站的充電連接裝置（充電插座和充電插頭）如果出現(xiàn)故障，不僅不能正常充電，而且還有安全風險?，F(xiàn)以北京公交運營使用的純電動公交車為例，闡述純電動車輛在充電過程中充電連接裝置損壞的原因和產(chǎn)生故障的機理。并對規(guī)避純電動車輛充電過程中存在的風險提供參考解決措施，以及充電過程中產(chǎn)生故障時的解決方案。

1 純電動車輛充電連接裝置釋義及要求

1.1 釋義

充電接口是指用于連接活動電纜和電動汽車的充電部件，由充電插座和充電插頭兩部分構成。其中，充電插頭是在電動汽車傳導式充電過程中，與充電插座的結構和電氣進行耦合的充電部件，它與活動電纜裝配連接或一體化集成組成充電電纜；充電插座是安裝在電動汽車或供電設備上用于耦合充電插頭的部件。

1.2 要求

（1）充電連接裝置對結構的要求。充電插頭和充電插座易觸及的表面應無毛刺、飛邊及類似尖銳邊緣；充電插頭和充電插座應有配屬的保護蓋，這些保護蓋與其配屬的部件之間應有起固定連接作用的附件裝置(如鏈、繩等)，且不使用工具時應不能拆卸。

（2）充電插座對溫度的要求。當參考環(huán)境空氣溫度為25℃，并根據(jù)GB 7251.1-2013 的相關要求進行驗證時，供電設備及其電路應能在特定條件下（GB 7251.1-2013 的5.3.1 和5.3.2)持續(xù)承受最大額定電流，溫升極限由GB 7251.1-2013 的9.2 規(guī)定，對于沒有相關標準的組件，溫升極限由該標準的11.6.2 規(guī)定。

（3）充電插座對極限溫升的要求。電動汽車供電設備在額定負載下長期連續(xù)運行，內(nèi)部各發(fā)熱元器件及各部位的溫升應不超過NB/T 33001-2010 中的相關規(guī)定。

允許表面溫度，在額定電流和環(huán)境溫度40℃條件下，手握可接觸的表面最高允許溫度為50℃（金屬部分）、60℃（非金屬部分）；可能觸及但不能手握的表面最高允許溫度為60℃（金屬部分）、85℃（非金屬部分）；組件、絕緣體和塑料材料的溫度應不超過在設施壽命周期內(nèi)正常使用時可能降低電氣、機械或其他性能的溫度。

2 純電動車輛新、老國標充電接口分類

2016年8 月起，國家執(zhí)行新充電標準。GB/T 18487.1-2015《電動汽車傳導充電系統(tǒng)》新增的9.1節(jié)規(guī)定——額定充電電流大于16A 的應用場合，供電插座、車輛插座均應設置溫度監(jiān)控裝置，供電設備和電動汽車應具備溫度監(jiān)測和過溫保護功能。車輛充電插座、充電槍增加溫度檢測裝置，對充電連接裝置溫度狀態(tài)實時監(jiān)控并調(diào)控充電電流大小。

北京公交純電動車輛采用的充電插座分為新國標和老國標兩種，新、老國標充電座外觀差異如圖1 所示。

新、老國標充電座內(nèi)主電極DC+/DC-導電彈性材料形狀差異（兩者材質的差異有待進一步考證）如圖2 所示。

圖1 在用充電插座外觀對比

圖2 充電座主電極內(nèi)部導電元件

圖3 執(zhí)行新國標充電插座結構

充電座極柱燒蝕主要發(fā)生在老國標的接口上，新國標充電插座未發(fā)現(xiàn)此類問題。

新、老國標插座及充電槍在溫度檢測和過溫保護功能上存在差異（導致車輛充電插座燒毀的充電站是否執(zhí)行新國標有待進一步考證），根據(jù)GB/T 18487.1-2015《電動汽車傳導充電系統(tǒng)》對充電連接裝置溫度監(jiān)控的要求，目前已按要求增加了充電座的溫度監(jiān)控、密封蓋鎖止監(jiān)控等功能（圖3），而發(fā)生燒蝕的老國標充電座無此項功能。

新標準全面提升了充電的安全性和兼容性。在安全性方面，新標準增加了充電接口溫度監(jiān)控、電子鎖、絕緣監(jiān)測和泄放電路等功能，細化了直流充電車端接口安全防護措施，眀確禁止不安全的充電模式應用，能夠有效避免發(fā)生人員觸電、設備燃燒等事故，保證充電時對電動汽車及其使用者的安全。

3 純電動車輛充電插座故障類型分析

北京公交純電動運營車輛充電插座分為2 種，一種是帶線的充電插座，另一種是不帶線的充電插座。

圖4 充電插座嚴重燒蝕

圖5 充電插座絕緣隔套易損部位

（1）帶線充電座。GTQ6131BEVST3 型車（2016年12 月投入使用）充電插座的損壞主要集中在充電高壓正、負極的充電極柱上，可以看出損壞的充電座極柱中心位置（冠簧）有明顯燒蝕現(xiàn)象，而且燒蝕的極柱與絕緣隔套粘連在一起，高壓線過熱后絕緣層也出現(xiàn)破損，裸露出了銅線（圖4）。目前更換的充電座都是過熱燒蝕的故障，由于極柱燒蝕過溫致主線路過熱，造成充電線絕緣層破損，所以需更換整套充電座及線束。

（2）不帶線充電座。充電座故障主要集中在充電座的絕緣隔套上，損壞點為CC1/CC2/PE/A+/A-這些針腳的絕緣隔套（圖5），一般為斷裂脫落故障。

不帶線充電插座有的絕緣隔套處于晃動狀態(tài)，只連接著一點兒；有的絕緣隔套早已丟失，充電座內(nèi)導電極柱直接裸露，只是缺失了絕緣隔套而充電座極柱無燒蝕現(xiàn)象，更換充電座的整體護套即可解決故障。

綜上，鑒于兩者的差異性，車輛充電座的故障有兩類，執(zhí)行新國標的充電座多以機械性故障為主，執(zhí)行老國標的充電座多以無過溫保護導致的二次損傷故障為主。

4 防范措施

充電接口引起的相關故障，需要從整個充電過程的使用、保養(yǎng)來分析制定防范措施。

北京公交純電動運營車大部分采用雙槍約400A 大電流快速充電（應用鈦酸鋰電池），并且充電座主極柱內(nèi)導電部件與充電槍極柱頻繁接觸（其接觸程度與運營路線使用情況、每天充電次數(shù)有關），致使導電接觸面出現(xiàn)不均勻點蝕。對于以上問題，應采取日常小修與保養(yǎng)加以限制。

（1）在車輛保養(yǎng)中，增加對充電座進行檢查記錄項目，要求記錄充電座的目檢狀態(tài)，進行物理除塵，對嚴重燒蝕的車輛充電座進行更換。保養(yǎng)及小修時發(fā)現(xiàn)車輛充電座主電極存在拉弧、發(fā)黑、毛刺、燒蝕等損傷，可單獨更換主電極內(nèi)導電部件（冠簧或彈性片），以降低充電座與充電槍接觸不良的問題（經(jīng)過驗證，新、老國標充電座均可單獨更換導電零部件），進而在充電插座燒蝕之前，將隱患消滅在萌芽狀態(tài)，以降低車輛運營成本。

（2）存有以下問題的充電插座須更換。

①充電插座存在絕緣體燒蝕、融化、變形、絕緣隔套斷裂損壞。

②導電金屬插孔存在發(fā)黃、嚴重點蝕、銅合金融化。

③外觀無異常但充電時短時快速起熱的充電插座。

（3）充電站及操作人員的相關要求。充電站對狀態(tài)不佳的充電槍進行更換，充電站操作工人在充電前應對充電槍進行目視化檢查，嚴格執(zhí)行插、拔槍操作規(guī)范，避免因不正規(guī)操作導致充電插座機械性損傷。

嚴格實施以上處理措施，消除充電過程中的潛在風險，以保證純電動公交車的安全充電、正常運行。