电动汽车交流充电桩接地断路测试

孙焕新，边辉

（1. 北京信息职业技术学院，北京 100070；2.北京市工业技师学院，北京 100023）

电动汽车交流充电桩接地断路测试

孙焕新1，边辉2

（1. 北京信息职业技术学院，北京 100070；2.北京市工业技师学院，北京 100023）

文章针对电动汽车交流充电桩存在的安全隐患问题，结合充电系统控制电路分析了充电桩的接地保护功能，通过对充电设备端的接地断路测试，验证交流充电系统的断电保护，充分证明了充电桩接地安全的必要性。

电动汽车；交流充电桩；接地保护；断路测试

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

前言

纯电动汽车的能量来源于动力电池，而作为二次电池其充电环节必不可少。近年来，我国新能源汽车产业高速发展但作为产业链中重要一部分的充电基础设施建设却并没有提速起来。就北京市而言，预计到2020年电动汽车充电桩配建需求量约达43.5万个。根据《北京市充电桩质量评测报告》显示，目前北京地区电动汽车充电桩问题诸多，充电过程中存在着安全隐患，危及社会及人身安全。

1、充电桩接地异常危害

据数据统计，自2010至2016年，电动汽车火灾事故呈现不断上升趋势，造成起火的成因有14%是由于充电引起的。电动汽车与充电设备通讯障碍导致的电池过充、短路、不能提前监控、报警，充电时防护措施不当，有些充电桩不符合国家标准，缺少必备的保护装置，产品质量不过关等，因此充电环节安全隐患不可忽视。若论及人身伤害，则更多涉及漏电保护及充电枪插拔保护等。充电桩未接地或接地异常，就会出现人体触电情况，当100mA的电流通过人体1s就足可以使人致命。交流充电桩在负极绝缘不佳触碰正极易导致人身触电，人体触碰车体或充电桩体也容易导致触电危险。在新颁布的GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求》中，明确规定了充电桩的安全性要求。在交流充电桩的充电模式下，要求在失去保护接地的情况下，电动汽车供电设备应在100ms内切断电源。

2、充电桩的接地保护

充电桩分交流充电桩和直流充电桩两种，交流充电桩提供220V交流电源，经过车载充电机转变为高压直流电对动力电池进行充电；直流充电桩提供380V三相交流电，通过快充口直接对电池进行充电，不经过车载充电机。国标GB/T20234.1-2015在车辆接口、供电接口方面有了明确规定，交流充电桩使用的是国标七芯接口，直流充电机使用的是国标九芯接口。位于车辆端的两个充电接口中的PE脚均为接地端（见图1）。地线PE的作用是将使电动汽车车身通过交流充电桩可靠接地。在新国标GB/T 18487.1-2015中，供电设备端接地线PE必须与电动汽车的车身地（图1中PE脚）相连，才能使得电动汽车的充电模式正常工作。

图1 车辆端充电接口的PE脚

图2 控制电路原理图

以交流充电桩使用双向插头车辆连接器与电动汽车车辆插孔连接的充电方式为例，对该充电系统控制电路进行分析，其电路原理图如图2所示。当供电设备开启充电设置后，若供电设备无故障，则检测点1处电压应为12V；操作者手拿充电枪并按下机械锁时S3闭合，但车辆接口并未完全连接时，检测点1处电压为9V；当将充电枪完全连接到车辆充电端口后S2闭合，此时检测点1处电压急速下降，供电设备通过CC连接确认信号并检测充电线可耐受的电流，把S1开关从12V端切换到PWM端；当检测点1电压降到6V时，供电设备K1和K2开关闭合输出电流，则供电回路导通，当电动汽车和供电设备建立电气连接后，车辆控制装置通过判断检测点2的PWM信号占空比确认供电设备的最大可供电能力，如充电桩16A则以占空比为73.4%，因此CP端电压在6V至-12V之间波动，而CC端电压从4.9V（连接状态）下降至1.4V（充电状态）。当车辆控制装置判断充电连接装置已完全连接（即S3、S2闭合），并完成车载充电机最大允许输入电流设置（S1切换到PWM端、K1和K2闭合）后，车载充电机开始对电动汽车进行充电。在次过程中，如果PE接地线断开，则检测点无电压变化，供电回路无法导通，电动汽车与供电设备之间无法建立电气连接，则车载充电机处于断电状态。

3、充电系统接地断路测试

如果交流充电桩充电系统接地出现异常，则供电设备就会漏电，会导致触电及人身伤亡等事故发生。因此对充电桩进行测试检查是非常有必要的，根据GB/T 20324、GB/T 18487、NB/T 33008等系列标准规定，交流充电桩试验主要包括一般检查、带载分合电路试验、连接异常试验等实验项目。下面以北汽EV200为例，通过测试车载充电机的输入与输出端电流变化情况来观察充电系统PE接地线异常对充电状态的影响。

图3 车载充电机测试输入输出端示意图

在图3系统中，车载充电机左侧的端子CC、CP是充电控制信号线；PE为接地线；L 和N线是220V交流电输入端。车载充电机图中右侧端子是低压通信端，主要作用是将车载充电机信号反馈到VCU的连接信号确认线，唤醒仪表显示连接状态的充电唤醒信号线，充电机唤醒VCU和BMS，VCU唤醒仪表启动显示充电状态，动力电池内部正、负主继电器由VCU发出指令由BMS控制闭合，完成动力电池充电。在图3中车载充电机的下端与高压控制盒相连的端子即高压直流电的输出端。

图4 车载充电机输出DC电流测量端

图5 输入AC电流 测量端

图6 实测电流值及波形图

在PE接地线故障测试中，利用2个BCS30的电流感应钳同时测量输入输出端电流，将电动汽车专用数字万用表与电脑相连，测量数据并记录波形。利用自制交流电源供电端设置PE断路故障，在PE线正常接地时接地开关为ON（见图5），电流钳加到L线（或N线）测量车载充电机输入AC电流约16.252A，将另一电流钳加到车载充电机输出DC电源端，实测电流约9.276A。当PE接地线断开接地开关为OFF，测量车载充电机输入AC电流为0A，输出DC电源端电流0A，再次操作断路测试，则两个电流瞬间变化为0A。通过在PE端断路测试可以知，当PE线断开时，在PE接地线断开时，车载充电机输入输出端没有电流，即车载充电机不工作，从而未向高压控制盒输出高压电，动力电池就无法充电。交流充电桩的接地保护是非常必要的。如果没有接地保护，充电桩就会引发人员触电危险，由于充电电路的自我断电保护，电动汽车与供电设备之间无法建立，车载充电机不工作。

[1] GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求》[S].北京：中国标准出版社.2015.

[2] 黄默涵.林鑫.电动汽车交流充电桩测试 [J]. 甘肃科技.2014.(8).

[3] 徐坤等.电动汽车交流充电桩控制系统设计 [J]. 河南科技大学学报（自然科学版）.2016,（3）.

[4] 徐虹,贺鹏,艾欣.电动汽车充电功率需求分析模型研究综述 [J].现代电力.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

孙焕新，（1980.11-），女，讲师，硕士，就职于北京信息职业技术学院。从事汽车电子技术专业的教学与研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.07.013