電動汽車交流充電樁接地斷路測試

孫煥新，邊輝

（1. 北京信息職業技術學院，北京 100070；2.北京市工業技師學院，北京 100023）

電動汽車交流充電樁接地斷路測試

孫煥新1，邊輝2

（1. 北京信息職業技術學院，北京 100070；2.北京市工業技師學院，北京 100023）

文章針對電動汽車交流充電樁存在的安全隱患問題，結合充電系統控制電路分析了充電樁的接地保護功能，通過對充電設備端的接地斷路測試，驗證交流充電系統的斷電保護，充分證明了充電樁接地安全的必要性。

電動汽車；交流充電樁；接地保護；斷路測試

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)07-29-03

前言

純電動汽車的能量來源于動力電池，而作為二次電池其充電環節必不可少。近年來，我國新能源汽車產業高速發展但作為產業鏈中重要一部分的充電基礎設施建設卻并沒有提速起來。就北京市而言，預計到2020年電動汽車充電樁配建需求量約達43.5萬個。根據《北京市充電樁質量評測報告》顯示，目前北京地區電動汽車充電樁問題諸多，充電過程中存在著安全隱患，危及社會及人身安全。

1、充電樁接地異常危害

據數據統計，自2010至2016年，電動汽車火災事故呈現不斷上升趨勢，造成起火的成因有14%是由于充電引起的。電動汽車與充電設備通訊障礙導致的電池過充、短路、不能提前監控、報警，充電時防護措施不當，有些充電樁不符合國家標準，缺少必備的保護裝置，產品質量不過關等，因此充電環節安全隱患不可忽視。若論及人身傷害，則更多涉及漏電保護及充電槍插拔保護等。充電樁未接地或接地異常，就會出現人體觸電情況，當100mA的電流通過人體1s就足可以使人致命。交流充電樁在負極絕緣不佳觸碰正極易導致人身觸電，人體觸碰車體或充電樁體也容易導致觸電危險。在新頒布的GB/T 18487.1-2015《電動汽車傳導充電系統第1部分：通用要求》中，明確規定了充電樁的安全性要求。在交流充電樁的充電模式下，要求在失去保護接地的情況下，電動汽車供電設備應在100ms內切斷電源。

2、充電樁的接地保護

充電樁分交流充電樁和直流充電樁兩種，交流充電樁提供220V交流電源，經過車載充電機轉變為高壓直流電對動力電池進行充電；直流充電樁提供380V三相交流電，通過快充口直接對電池進行充電，不經過車載充電機。國標GB/T20234.1-2015在車輛接口、供電接口方面有了明確規定，交流充電樁使用的是國標七芯接口，直流充電機使用的是國標九芯接口。位于車輛端的兩個充電接口中的PE腳均為接地端（見圖1）。地線PE的作用是將使電動汽車車身通過交流充電樁可靠接地。在新國標GB/T 18487.1-2015中，供電設備端接地線PE必須與電動汽車的車身地（圖1中PE腳）相連，才能使得電動汽車的充電模式正常工作。

圖1 車輛端充電接口的PE腳

圖2 控制電路原理圖

以交流充電樁使用雙向插頭車輛連接器與電動汽車車輛插孔連接的充電方式為例，對該充電系統控制電路進行分析，其電路原理圖如圖2所示。當供電設備開啟充電設置后，若供電設備無故障，則檢測點1處電壓應為12V；操作者手拿充電槍并按下機械鎖時S3閉合，但車輛接口并未完全連接時，檢測點1處電壓為9V；當將充電槍完全連接到車輛充電端口后S2閉合，此時檢測點1處電壓急速下降，供電設備通過CC連接確認信號并檢測充電線可耐受的電流，把S1開關從12V端切換到PWM端；當檢測點1電壓降到6V時，供電設備K1和K2開關閉合輸出電流，則供電回路導通，當電動汽車和供電設備建立電氣連接后，車輛控制裝置通過判斷檢測點2的PWM信號占空比確認供電設備的最大可供電能力，如充電樁16A則以占空比為73.4%，因此CP端電壓在6V至-12V之間波動，而CC端電壓從4.9V（連接狀態）下降至1.4V（充電狀態）。當車輛控制裝置判斷充電連接裝置已完全連接（即S3、S2閉合），并完成車載充電機最大允許輸入電流設置（S1切換到PWM端、K1和K2閉合）后，車載充電機開始對電動汽車進行充電。在次過程中，如果PE接地線斷開，則檢測點無電壓變化，供電回路無法導通，電動汽車與供電設備之間無法建立電氣連接，則車載充電機處于斷電狀態。

3、充電系統接地斷路測試

如果交流充電樁充電系統接地出現異常，則供電設備就會漏電，會導致觸電及人身傷亡等事故發生。因此對充電樁進行測試檢查是非常有必要的，根據GB/T 20324、GB/T 18487、NB/T 33008等系列標準規定，交流充電樁試驗主要包括一般檢查、帶載分合電路試驗、連接異常試驗等實驗項目。下面以北汽EV200為例，通過測試車載充電機的輸入與輸出端電流變化情況來觀察充電系統PE接地線異常對充電狀態的影響。

圖3 車載充電機測試輸入輸出端示意圖

在圖3系統中，車載充電機左側的端子CC、CP是充電控制信號線；PE為接地線；L 和N線是220V交流電輸入端。車載充電機圖中右側端子是低壓通信端，主要作用是將車載充電機信號反饋到VCU的連接信號確認線，喚醒儀表顯示連接狀態的充電喚醒信號線，充電機喚醒VCU和BMS，VCU喚醒儀表啟動顯示充電狀態，動力電池內部正、負主繼電器由VCU發出指令由BMS控制閉合，完成動力電池充電。在圖3中車載充電機的下端與高壓控制盒相連的端子即高壓直流電的輸出端。

圖4 車載充電機輸出DC電流測量端

圖5 輸入AC電流 測量端

圖6 實測電流值及波形圖

在PE接地線故障測試中，利用2個BCS30的電流感應鉗同時測量輸入輸出端電流，將電動汽車專用數字萬用表與電腦相連，測量數據并記錄波形。利用自制交流電源供電端設置PE斷路故障，在PE線正常接地時接地開關為ON（見圖5），電流鉗加到L線（或N線）測量車載充電機輸入AC電流約16.252A，將另一電流鉗加到車載充電機輸出DC電源端，實測電流約9.276A。當PE接地線斷開接地開關為OFF，測量車載充電機輸入AC電流為0A，輸出DC電源端電流0A，再次操作斷路測試，則兩個電流瞬間變化為0A。通過在PE端斷路測試可以知，當PE線斷開時，在PE接地線斷開時，車載充電機輸入輸出端沒有電流，即車載充電機不工作，從而未向高壓控制盒輸出高壓電，動力電池就無法充電。交流充電樁的接地保護是非常必要的。如果沒有接地保護，充電樁就會引發人員觸電危險，由于充電電路的自我斷電保護，電動汽車與供電設備之間無法建立，車載充電機不工作。

[1] GB/T 18487.1-2015《電動汽車傳導充電系統第1部分：通用要求》[S].北京：中國標準出版社.2015.

[2] 黃默涵.林鑫.電動汽車交流充電樁測試 [J]. 甘肅科技.2014.(8).

[3] 徐坤等.電動汽車交流充電樁控制系統設計 [J]. 河南科技大學學報（自然科學版）.2016,（3）.

[4] 徐虹,賀鵬,艾欣.電動汽車充電功率需求分析模型研究綜述 [J].現代電力.2012.（3）.

A grounding conductor open circuit test on AC charge spots for electric vehicle

Sun Huanxin1, Bian Hui2
（1.Beijing Information Technology College, Beijing 100070; 2.Beijing Industry Technician College, Beijing 100023）

According to the safety hazard of the AC charging spots for electric vehicle, this paper analyzed with the grounding protection function of the charging spots. By checking the grounding conductor of the charging device and verifying the power supply protection of the AC charging system, it is very necessary and safety for grounding on charge spots.

Electric vehicle; AC charge spots; Ground protection; Open circuit test

U467.3

：A

：：1671-7988 (2017)07-29-03

孫煥新，（1980.11-），女，講師，碩士，就職于北京信息職業技術學院。從事汽車電子技術專業的教學與研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.07.013