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）如果出現故障，不僅不能正常充電，而且還有安全風險。現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生故障的機理。并對規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。當參考環境空氣溫度為25℃，并根據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)持續承受最大額定電流，溫升極限由GB 7251.1-2013 的9.2 規定，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運行，內部各發熱元器件及各部位的溫升應不超過NB/T 33001-2010 中的相關規定。

允許表面溫度，在額定電流和環境溫度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，國家執行新充電標準。GB/T 18487.1-2015《電動汽車傳導充電系統》新增的9.1節規定——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控裝置，供電設備和電動汽車應具備溫度監測和過溫保護功能。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實時監控并調控充電電流大小。

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 充電座主電極內部導電元件

圖3 執行新國標充電插座結構

充電座極柱燒蝕主要發生在老國標的接口上，新國標充電插座未發現此類問題。

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行新國標有待進一步考證），根據GB/T 18487.1-2015《電動汽車傳導充電系統》對充電連接裝置溫度監控的要求，目前已按要求增加了充電座的溫度監控、密封蓋鎖止監控等功能（圖3），而發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控、電子鎖、絕緣監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，只連接著一點兒；有的絕緣隔套早已丟失，充電座內導電極柱直接裸露，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，執行新國標的充電座多以機械性故障為主，執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、每天充電次數有關），致使導電接觸面出現不均勻點蝕。對于以上問題，應采取日常小修與保養加以限制。

（1）在車輛保養中，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，進行物理除塵，對嚴重燒蝕的車輛充電座進行更換。保養及小修時發現車輛充電座主電極存在拉弧、發黑、毛刺、燒蝕等損傷，可單獨更換主電極內導電部件（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，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，嚴格執行插、拔槍操作規范，避免因不正規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。