电动汽车充电桩检测技术应用及分析

朱祥

贵州电网有限责任公司瓮安供电局 贵州省黔南布依族苗族自治州 550400

1 引言

直流和交流充电桩是我国当前电动汽车充电桩中投运数量最多的种类，为了维持正常运行和使用，更要对检测与运行维护工作引起高度重视。因此，相关部门要做好对充电桩的检测工作，对监测技术进行分析、使用、优化，用以确保充电桩的整体性能，为充电桩的后期维护工作提供便利。

2 电动汽车充电桩的相关介绍

2.1 电动汽车充电桩的充电过程

在电动汽车中，电池的充电、放电活动会出现内部化学物质的反应，与电动汽车充电能效、电池使用年限有关，要求工作人员对充电桩在电流、电压、温度进行科学监控，在充电桩设计时，更要加强对充电点位安全方面的管理，使电池的损耗降到最小值。作为电动汽车的主要电能补给设施，充电桩的功能类似于加油机，为了按照相应的电流、电压、输出功率要求，完成电动汽车的充电任务，充电桩还通常会配有不尽相同的充电接口。检查整个线路的电压状态，再应用控制软件，将启动命令发送至充电桩，进行充电输出启动工作，若充电回路上无源电压，则会报告硬件故障，自身停止运行，待到重新启动后，再返回到充电工作状态中。

2.2 电动汽车充电桩的主要构成

充电桩通常会被安置于充电站、停车场、高速公路等地，可为电动汽车提供直流、交流的电源充电服务。内部涵盖了人机交互界面、充电标准接口等部件，也包括了保护、测控，以及分时计量、充电历史信息查询与储存、运行状态监测等功能。充电桩主要由金属外壳、人机交互触摸屏界面、计量计费系统、充电电气设备等构成，其中的计量计费系统可划分为计量电能表、计费管理平台、数据读写模块；充电电气设备可划分为充电标准接口、充电接口转接模块、充电电缆、安全运行保护模块等。

2.3 电动汽车充电桩的充电技术

现阶段，在我国应用比例较高的充电技术中，主要包括了恒流充电、恒压充电、脉冲充电、间歇充电等，这些技术在充电时间、充电效率、电压和电流大小、造价、能量转化率、控制难度、对电池损害等方面各异，其中较为关键的参数为充电时间和充电效率。①恒流充电：即采用恒定电流充电，操作相对简便，对于电流、电压的限制较小。其缺陷在于，在刚进行充电的固定时间内，容易因电流较小的缘故，造成充电时长的增加，充电后期电流较大还会降低电动汽车的电池寿命。②恒压充电：类似于恒流充电，即采用恒定电压充电。优点是控制便捷、操作相对简单，充电时设定好目标电压值即可。但充电时仍然存在电流较大的问题，会破坏电池的构造。如果能搭配阶段式充电技术，虽然可实现减少充电时间的目标，却难以达到削弱极化效应的目的，整体上控制难度较大，不利于提高充电能效。③脉冲充电：该充电技术是近几年来锂离子电池快速充电的关键方法，能够明显提升充电速度，降低充电所用时间，也能够降低析气量和极化效应。但该技术能量转换效率有待提升，对于控制的要求较为复杂。④间歇充电：该技术属于新型的快速充电技术，能源转化成效较强，但控制上会更加复杂与困难[1]。

2.4 电动汽车充电桩各模块的作用

①浪涌保护器模块：可用来预防因雷击等问题而产生的过量电能，以防对充电桩产生损害。②智能电表模块：可用来实时监测输入的电压和电流。③单项断路器模块：属于高压输入的一级开关，具有短路、过载、漏电保护功能。④主控模块：属于充电桩的中心控制模块，以主控板为核心，分别同电表和其他辅助模块进行通信，利用继电器执行开关动作、回检等，再使用传感器对充电状态加以测量。⑤辅助继电器：用于和主控板进行通信，完成主控板提出的命令。⑥急停开关：在充电桩发生异常，或遇到紧急情况下，可切断输入电源，对充电桩进行保护。⑦LCD显示屏：用于操作用户指令和显示信息。⑧LED灯板：包括运行指示灯、故障报警指示灯、充电指示灯三部分。⑨交流接触器：用于控制充电枪通电。⑩读卡器：用于读取充点卡上的信息。

3 电动汽车充电桩检测技术的实际应用

3.1 检测系统构成

电动汽车充电桩的检测系统可分为功率模块、测试模块、评估模块三个部分。功率模块由电池模拟负载、被检测充电桩组成，能够完成电阻、电子、馈能负载的检测，检测人员可选用直接手动操作的方法，也可进行远程控制。测试模块由显示器、传感器、测试仪等组成，可用来对充电桩的序列加以检测，以对比预测电量、实际输出的方法，可将相关数据反馈给检测人员，使具体的检测方案得到改进等，能够直接、精准地判断发生问题的实际位置。在评估模块中，关键在于控制元件，能够确保检测结果的真实性和准确性，达成一体化结构管理的目标。检测系统涵盖了五项装置，可用来满足标准规范中对于控制引导、安全方面、充电输出等对于检测项目提出的要求。①车辆控制器模拟盒中，包括BMS模拟软件、车辆模拟电路、充电枪接口，主要负责形成车辆与充电桩间的导引电路，对车辆BMS系统进行模拟，将有关信号传输到检测系统的其他元件中。②测试仪器中，由测量与录波设备构成，能够对充电桩的开关量、电气量等信息加以采集。③电池模拟装置能够按照检测工作开展时的负载大小进行控制，采用阻性或电子负载的方式，能够对内部电压、电流加以调节，且电压元件还可模拟电池在不同情况下的电压值等。④低压辅助电源，通常用来模拟车辆内的低压辅助电源。⑤主控机可用以完成操作平台的监测，显示出检测人员在工作中会出现的各种波形数据、信号状态等，具有良好的人机交互功效。整个检测系统具有智能化、自动化的特点，还有部分检测装置可进行独立连接，进行功能上的扩展，实现了充电桩按照额定功率，开展负载调节工作的目标[2]。

3.2 检测流程分析

3.2.1 检测外观与结构

充电桩的环境条件、电机防护、电源要求、电磁兼容性、耐环境性能等方面的测试，都要经过我国权威部门认可的检测机构进行。充电桩在外壳表面的位置上，需要具备接线、接地等安全标识，以及永久性铭牌等，也不可带有严重的积尘、锈蚀。桩体外表要完好无损，铭牌的文字、符号等应清晰可见，一旦发现了外表存在毛刺、凹凸痕、裂痕、镀层脱落等问题，则要立即进行更换。桩体内部的各金属部件，要采用防水、防锈类的不锈钢等材料，结构上应满足绝缘指标，可抵御触电风险，接线应符合布线规范，外壳具备较高的硬度，耐高温、抗腐蚀性指标满足实际使用要求，可以防止水淹、水溅而带来的设备损坏问题。充电桩外还要配有急停按钮，便于在发生电路、设备故障时可以尽快切断电源，避免故障问题影响的扩大和加剧。

3.2.2 检测控制引导

在此项工作环节中，检测人员通常要运用非车载充电机，重点检查电动汽车插头连接情况，明确充电桩的电压值。如果发现插头没有接通插座，检测人员要检查CC1当前的充电情况、实际电压大小，人工开启充电枪开关，再利用数字电压表的力量，得到CC1的数据信息，用示波器检查电流、电压大小。如果插头接通了插座，则要保证开关断开，重复上述动作，对实际充电情况进行检查。此时还要将按钮拔出，维持开关的关闭状态，当车辆插头和插座连接后，再查看CC1的电流、电压值，以及相应的充电情况。在检测人员检查电子锁之时，要侧重于观察其封闭状态，在充电连接恢复正常状态后，还要尽快将电子锁关闭[3]。

3.2.3 检测统一性与互操作性

还会及时对检测中遇到的各类检测人员需要完成的首要任务，在于灵活应用测试模拟装置，制定检测工作进行中应当使用的秘钥。整个检测工作中会使用到测试仪，对于各项信息、检测过程加以记录，故障、问题进行处理，之后还会经过仿真设备终端，对发送的信号加以接收。一旦检测人员提出了指令要求，检测中生成的各类信息则会被发送，在测试模拟装置中得到高效储存。

3.2.4 检测电能质量

在交流充电桩电源附近，检测人员通常要确定实际工作开展的方位，保证在充电桩闭合之时，选用桩头连接电源。综合运用负载控制器等装置，精确调整检测中的电压、电流等参数，获得充电状态的具体信息。此时还要对电流值和电压值进行详细记录，检测工作开展时间等内容也要包含在内。整个电能质量检测工作要在电流较为稳定的状态下开展，有助于保证检测后获得的数据具有更强的可靠性、精准度。

3.2.5 检测保护与绝缘

如果交流输出电压超过过压保护值，则会在无输出电压的情况下，立刻做出停止运行的动作。当故障被排除以后，如果此时电源电压满足了充电要求，便能尽快恢复正常运转。监测人员应关注截面的充足性和接地的可靠性，留意接头、螺丝的压接等，充电机的金属壳应设置好接地螺栓，直径要至少为6毫米。所有座位隔离带点导体的电气元件、金属隔板、金属手柄等都要接地，控制连续性电阻在0.1欧以内。在地埋电缆和电缆屏蔽检查中，绝缘电阻要至少为10兆欧。

3.2.6 检测功效

检测功效的环节通常适用于直流充电桩，需要检测人员将电流调整到恒压状态，搭配使用负载连接的方式。电压值通常会有最大值限制，额定输出电流值的50%～100%，即为调节后的负载电流，可便于检测人员对充电桩输入、输出的有功功率加以检测。在将充电桩调整为恒流状态后，检测人员要立即对输出电流进行调整，使其整定值为额定值，额定电压的有关信息也要进行输入，便于维持电压整定值可在需求的范围内发生变化的状态，之后再对充电桩的输入、输出有功功率进行二次检测，将最后的结果进行保存。

3.3 检测项目分析

3.3.1 稳压稳流精度检测

在该项检测工作中，重点对充电桩在各种情况下的电流、电压稳定性进行了检验，展示了充电模块本身的功能。被检测充电桩需要设定为恒压模式，按照铭牌上的参数与标准检测点，要求检测人员将输出电流设定为80安、输出电压设定为750伏。被检测充电桩可安装3组功率为20千瓦的模块，根据充电需求功率的增加，控制功率增幅超过额定功率的1/2。如果在这一检测点下难以维持电流和电压稳定，原因通常在于充电功率模块的控制策略与硬件性能[4]。

3.3.2 通讯超时检测

如果在充电桩正常充电运行的过程中，检测仪发生了通讯超时的现象，则会使充电活动得到终止，同时进入第三次重新连接的状态，重新启动充电现象也会发生。第三次重新连接中，充电桩没有成功发送握手报文CHM，成为了启动充电失败的主要原因。

3.3.3 输出过压保护检测

在此项检测项目开展之时，电池模拟装置会发生动作，位于充电回路的正负极位置上，施加超过充电桩极限值的过电压，充电桩会在此时断开直流接触器，同时停止运行。其中，直流接触器的前端电压、充电功率模块的输出电压值会相等，在模拟过电压后，充电功率模块会作出特殊动作，即在维持特定电压输出5秒后才会停止运行。其原因通常在于，充电桩发生电压故障后，充电控制器会发送CST报文，目标为BMS，之后进入到结束充电阶段，但延迟的5秒后会判断出为接收到BST报文，造成关机命令被延长了5秒，充电桩则会出现未能立即停止运行的现象。

3.3.4 绝缘自检测

在充电桩启动充电前检查整个充电回路绝缘性的过程中，绝缘自检测是其中的一项重要环节，整个检测中充电桩通常会发生两种故障，即开展绝缘检测和绝缘检测电压值的错误。在具体检测工作中，模拟电池的电压若在10伏以内，充电桩应该正常开展绝缘自检测工作，如果检测中具有充电桩未能按照要求启动绝缘检测的问题，则原因通常在于IMD模块的投切回路故障，或者在握手环节中，通讯报文的BHM、CHM发生了异常。但绝缘检测电压发生的错误，则会发发生于充电桩输出电压，以及握手报文的最高规定充电电压范围内。例如，充电桩电压为750伏，握手报文规定电压最大值为475伏，如果此时的充电桩仍然在750伏电压状态下开展绝缘自检测工作，便容易出现车辆过电压的危险。当该项检测工作顺利完成后，检测人员应当泄放充电回路中的电压，可用来规避充电中对电池负载产生电压冲击的风险。电压泄放中有时会发生超时现象，与泄放回路切换延时有关，需要将充电回路直流电压下降到60伏以下的时间，控制在1秒以内。

3.3.5 接触器检测

两个直流接触器在充电桩存在故障的情况下是否能做出可靠动作，与充电桩的安全等级密切相关。模拟充电桩输出过载电压后，规定两个直流接触器的断开时间应控制在1秒。经由对CC1信号的严格管控，检测仪可对车辆接口连接状态加以模拟，如果充电接口存在断开的现象，则两个直流接触器断开时间要在0.1秒左右。停止充电后，在低压辅助供电回路接触器的位置上，优势也会发生断开时间不正确的现象，需要检测人员断开不符合标准的接触器，满足投入泄放回路的具体需求。

4 结语

综上所述，电动汽车充电桩检测技术在应用中会涉及诸多内容，检测人员要定期检查、维护充电桩，及时发现运行中存在的故障，对问题加以解决，保障充电桩的平稳运行。需要我国有关部门强化对监测技术的深入研究，有利于全方位提高电动汽车充电服务水平，促使我国汽车行业得以可持续发展。