國內電動汽車和直流充電樁兼容性測試和分析

竇汝鵬，王嬌嬌，李 津

（中國汽車技術研究中心有限公司，天津 300300）

近年來，影響電動汽車推廣的兩大主要因素是里程焦慮和充電焦慮。隨著動力電池技術的不斷突破，電動汽車續航里程逐漸提高。與此同時，充電反而變成了一個核心技術問題，甚至成為中外新一輪技術競爭的焦點問題，及時、快速地電能補給已經成為電動汽車產業發展必須面臨解決的需求。直流充電由于充電電流大、充電時間短，已經成為各國爭相投入研發的領域。隨著電動汽車充電基礎設施的建設，充電兼容性問題漸漸成為影響充電便利性的主要因素［1］。2015年底，GB/T 27930—2015、GB/T 18487.1—2015和GB/T 20234—2015（以下簡稱“新國標”）發布［2-3］，新能源汽車的充電系統紛紛按照新國標進行改造和設計。隨后，中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司的電氣系統室圍繞新國標展開了試驗室測試，測試主要從車輛單邊測試、充電樁單邊測試以及車樁匹配測試3個方面進行，通過充電過程中的時序、通信及功能方面出現的問題發現電動汽車的充電兼容性已逐漸成為影響新能源汽車發展的重要因素。為了更好地了解市面上的真實情況，本研究在試驗室測試成果的基礎上展開，針對試驗室測試中出現的問題及試驗室與現場環境的差異，設計了現場測試的方案，選取了市面上10余種主流車型、京津冀、上海、深圳等地40余個直流充電站進行了測試，測試車輛的選取方式以4S店隨機選取與租用共享電動汽車為主，測試場地的選取采用運營商主動申報和APP隨機選取相結合的方式。下面將對測試過程中遇到的問題進行分類整理并進行分析。

1 測試方案設計

在試驗室的充電兼容性測試中，問題集中發生在通信、時序以及功能性等幾個方面。基于上述問題，項目組設計了可用于現場車樁互操作性測試的設備，具備數據采集及故障模擬的功能，車樁連接裝置示意如圖1所示。將充電樁的充電槍插在該設備上，通過雙頭槍將設備連接到電動汽車上，在設備內部將連接充電樁和電動汽車的接口通過繼電器和導線連接，利用示波器監控電壓和電流信號，利用CAN盒監控CAN信號。該設備除了可以讀出報文、時序等信息，還可以控制繼電器模擬發生故障時的連接斷開［4-5］。圖1中，DC+、DC-分別為直流電源正極和負極，PE為車身搭鐵，CC1、CC2分別為非車載充電機連接確認及車輛連接確認信號，S+、S-為充電通信信號，A+、A-為低壓輔助電源的正極和負極，圖1中標注的信號均可以通過測試設備采集。

圖1 車樁連接裝置示意圖

2 測試結果匯總分析

下文將綜合各個地區的測試情況，將測試結果匯總，從現場充電環境、充電接口以及絕緣檢測等方面進行分析，給出國內車樁充電時存在的普遍問題。

2.1 充電環境問題

1）充電結束后充電槍不歸位，隨處放置，如圖2所示。充電接口的試驗室測試是依據GB/T 20234.1—2015，在現場被隨意放置的充電槍會在來往車輛的行駛過程中反復碾壓，在這種情況下，即使是通過測試的充電槍，也無法保證其耐久性。

圖2 現場充電槍亂放

2）燃油車占位，如圖3所示。目前充電樁的數量還沒有完全滿足使用需求，而北京、上海等地停車位相對稀缺就導致有的車主把車停到充電位上，使得本就緊張的充電資源在這種情況下愈加凸顯。

圖3 燃油車占位

3）電動汽車充電口位置問題。有的電動汽車充電接口設置在車身的一側，如果充電樁在路邊且電動汽車的充電接口和充電樁在相反的位置，而充電線長度不夠，就無法進行充電，如圖4所示。

圖4 充電槍與充電接口不在一側

4）充電APP不能反應充電站點的實際情況，當車主到達目的地后發現站點是私人樁或者充電樁處于不可用狀態，會造成充電焦慮，如果下一個可用樁在較遠的地方可能導致電動汽車電量耗盡而無法行駛。

2.2 充電接口問題

1）插頭與插座之間存在干涉。如圖5所示，車輛插頭與車輛插座尺寸均滿足標準要求，但由于車輛內部空間尺寸設計問題而導致的干涉情況，可能引起充電失敗；另外，干涉還可能導致插頭插座雖未完全插合，但是充電可以正常進行，而使得接口處過熱，引發充電接口的燒蝕，甚至引起火災。

圖5 車輛插頭與車輛插座有干涉

2） 充電接口燒蝕（圖6）。有一部分原因是由于長期充電發熱導致的老化；還有一部分是因為不同廠家的充電接口在匹配時由于存在干涉，不能完全接觸引起，若一個充電槍出現了燒蝕的情況，那么該充電槍在給車輛進行充電時會有傳染的現象，因此燒蝕現象一旦出現，將會大面積破壞車輛接口及充電設施接口，嚴重的情況下還會引起火災。

圖6 充電接口燒蝕

2.3 絕緣檢測問題

GB/T 18487.1—2015附錄 B.3.3中的非車載充電機自檢中規定：在車輛接口完全連接后，閉合K3和K4，使低壓輔助供電回路導通；閉合K1和K2，進行絕緣檢測，絕緣檢測時的輸出電壓應為車輛通信握手報文內的最高允許充電總電壓和供電設備額定電壓中的較小值。通過測試采集到的數據發現有以下3種違反規定的情況。

1）圖7中，插槍后直接有充電電壓，并且沒有絕緣檢測就進行充電，這樣可能導致用戶在插槍時就有觸電的危險，對車輛本身也有可能造成過壓的風險。

圖7 插槍直接有電壓

2）圖8中，插槍后沒有進行絕緣檢測，充電樁就響應電動汽車的充電需求，如果此時有絕緣故障，可能在充電過程中給用戶帶來觸電的風險。

圖8 沒有絕緣檢測

3）圖9中，利用充電樁可輸出的最低電壓（200 V）進行絕緣檢測，而不是BHM和供電設備額定電壓里的較小值，這種處理方式會降低絕緣檢測的電壓，不符合國標的要求。

4）圖10中，插槍后，CC1： 0 V→4 V，CC2：0 V→2.4 V→4.8 V，由于絕緣檢測影響了CC2電路連接，絕緣檢測后CC2電壓降為0，導致BMS沒有喚醒。

圖9 利用最低輸出電壓進行絕緣檢測

圖10 充電樁絕緣檢測后，車輛端的CC2電壓歸零導致不能充電

3 總結

在已經進行的測試中，無法充電的現象只屬于少數，但充電過程中暴露出了很多充電安全問題。從測試結果的分析可以看出，任何一個細節都會導致安全隱患，市場對于充電安全的規范需求日益迫切，新國標的嚴格遵守也勢在必行。

［1］ 海燕.充電樁兼容性難題有望解決［N］.中國質量報，2015-09-28.

［2］ GB/T 27930—2015，電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統之間的通信協議［S］.

［3］ GB/T 18478.1—2015，電動汽車傳導充電系統 第1部分：通用要求［S］.

［4］ 張萱，董晨，李旭玲.電動汽車非車載充電機國際標準關鍵參數驗證設計［J］.電測與儀表，2015（11）：124-128.

［5］ 竇汝鵬，王白俠，李川.電動汽車充電協議測試系統的設計與問題分析［J］.汽車電器，2017（12）：5-8.