基于电动车辆直流充电接口端子温升的研究

徐达成

基于电动车辆直流充电接口端子温升的研究

徐达成1,2,3

（1.上海机动车检测认证技术研究中心有限公司，上海 201805；2.国家机动车产品质量监督检验中心（上海），上海 201805；3.国家新能源机动车产品质量监督检验中心，上海 201805）

针对电动车辆直流充电接口的充电安全，通过试验的方式研究分析了线缆横截面积和压接方式对端子温升产生的影响。试验结果标明，直流充电接口选用的线缆横截面积越大，端子温升值越小，可通过的电流值越大；同时端子压接的更紧固，充电过程中产生的端子温升值更低。试验结果可为相关的生产企业优化产品设计提供参考。

电动车辆；直流充电接口；端子温升

序言

随着全球经济的不断发展，汽车的数量不断增多，能源的不断消耗和环境恶化问题日益尖锐[1]。近年来，电动车辆的普及已成为解决全球能源危机和环境污染的有效手段[2]。十三五规划确定我国将会大幅提升新能源汽车的比例，推动新能源汽车、新能源和节能环保等绿色低碳产业成为支柱产业。中国已作为全球电动汽车产销量第一的国家，充电基础设施产业政策对于市场表现的影响更是至关重要[3]。

通过中国电动车市场调研报告，电动车的发展是我国乃至世界各国汽车发展的必然趋势，而充电技术的研究是电动车发展的重要因素，因此对电动车充电系统这一主要环节进行设计，是以后电动车设计的重要组成部分[4]。针对电动车辆的充电系统方面，国家在2015年先后发布了5款标准[5-9]，并于2017年再次发布了三款标准[10-12]对其进行补充说明。

直流充电接口作为充电系统中主要部件之一，随着纯电动车辆的普及，已经越来越受到重视，如何保证其充电过程中的安全尤为重要。通过大量试验发现，对直流充电接口的安全性能有较大影响的有温升试验，分断能力试验及耐燃耐热试验等。本文通过电动车辆直流充电接口端子的温升试验数据，分析影响温升的主要原因，从而给制造商提供相关的技术支持。

1 工作原理

1.1 直流充电接口的工作原理

直流充电是有线充电的一种模式。有线充电也可称为接触式充电。按充电过程中是否替换电池又可分为整车更换电池模式和直充模式[13]。根据GB/T20234.3-2015[8]中要求，直流充电接口主要由DC+，DC-，PE，S+，S-，CC1，CC2，A+和A-这9个触头组成，其中DC为直流电源的正负极，PE为保护接地，S为充电通讯，CC为充电连接确认，A为低压辅助电源。具体触头的分布形式见图1。非车载充电机在车辆通讯协议的控制下，通过直流充电接口，对电池进行充电。

图1 直流充电接口触头布置图

1.2 温升试验的工作原理

针对直流充电接口，温升试验的主要测量位置为每个触头与线缆进行压接的端子处。根据标准GB/T20234.1-2015[6]中的要求，端子温升是判定车辆在充电过程中发热的重要指标。端子温升在环境温度为25±5 ℃的实验室内进行，对线缆通过标准要求的交流电流，每过10分钟读取一次温升值，当连续3次读书的温升值低于2K时，则认为达到了温度稳定状态，从而记录端子的最大温升值。其温升值的具体公式可写为：

式中△为温升值，K；为测量温度，℃；

2 试验平台搭建

由于电流越大，温升值越高。故本文只对DC端触头进行试验。将直流充电接口中DC触头的线缆两端连接至温升试验台，同时，将K型热电偶黏贴在端子处，并用耐高温绝缘胶带进行固定。对试验环境温度进行控制，当温湿度表显示的温度湿度均在试验要求的范围内时，开启温升试验台，设置试验使用的电流值，启动电源，通过实时采集到的温度值进行数据记录。具体的试验布置图见图2。

图2 温升试验测试图

3 试验数值分析

根据GB/T20234.1-2015[6]中的要求，直流充电接口的额定电流值为80 A，125 A，200 A和250A，其对应的温升试验测试电流值如表1所示。

表1 温升试验测试电流值

3.1 线缆横截面积对温升值的影响

分别选取当前最常用的横截面积为25 mm，35 mm，50 mm和70 mm的线缆，对其通过不同的测试电流进行温升试验，温升曲线图如图4所示。由图可知：无论何种线缆横截面积，端子的温度均随着时间的增加而增大，且增幅逐渐变小；在相同的线径横截面积下，测试电流值越小，温度越早趋于稳定，同时随着测试电流值的增大，温升不断变大。这说明了在直流充电接口充电过程中，端子的温升与充电电流有关，充电电流越大，温度稳定时间越长，温升越高。

（a）25mm （b）35mm

（c）50mm （d）70mm

图4 相同横截面积下端子温升曲线

图5给出了不同测试电流下端子温升随横截面积的变化曲线，从图中可以发现：在相同的测试电流下，随着线缆横截面积的增大，端子温升逐渐减小，且降幅越来越小；测试电流越大，端子温升值随线缆横截面积变化幅度越大。这说明了线缆横截面积与端子温升成反比；测试电流越大，线缆横截面积对温升的影响越明显。

图5 不同测试电流下端子温升随横截面积的变化

图6显示的为不同横截面积下端子温升随测试电流值的变化曲线，可以看到：测试电流越大，端子温升呈非线性增大趋势，且增幅越来越大；在相同的测试电流下，随着线缆横截面积的增大，温升逐步增大；不同横截面积线缆间的温升差值随着测试电流的增大而增大。这说明了测试电流与端子温升成正比；随着线缆横截面积的增加，端子温升值受到测试电流的影响越来越小。

沙集站原厂房高压开关室设备布置共安装有6 kV进线柜、站变开关柜、电压互感器柜、电容器避雷器柜以及含5台主机高压开关柜在内的9只高压开关柜，柜顶采用母排硬连接。本次增设变频发电机组后，因原6 kV开关室预留的安全距离不能满足开关柜扩展需要，且柜顶采用母排硬连接，需要进行接线调整，详细方案如下：①原6 kV进线开关改为两段母线联络开关；②原站变高压开关改为变频电动机开关；③在变频机房布置6 kV进线柜、站变高压开关柜、电压互感器柜、变频发电机开关柜、6kV出线柜。

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对于第一类拒动概率和第一类误动概率指标是根据统计的故障次数计算的的全概率，其中第一类拒动属于隐性故障。代表着某一相对独立的继电保护系统的硬件在以后一段时间t 内发生1 次故障的可能性，也是硬件的可靠水平指标。减小这两个风险指标，可以有效的降低系统的误操作，从而提高系统的可靠性，通常的措施就是：

图6 不同横截面积下端子温升随测试电流值的变化

3.2 端子压接对温升值的影响

大量的试验表明，在相同的线缆横截面积中，通过相同的测试电流，其温升值也存在着差异。本文分别选取了3款样品，其线缆横截面积均为70 mm。样品图片见图7。其中，样品A压接处包裹的最严密，样品B其次，样品C则为压接缝隙最大。

（a）样品A （b）样品B （c）样品C 图7 不同压接方式的端子

对三个样品进行通过测试电流为250 A的温升试验，试验数据如图8，图9所示。由图8中可知：不论选用何种压接方式，样品的温度均随着时间成非线性增加；样品的温度稳定时间基本在60-70分钟。

图8 相同电流下不同样品温度随时间的变化曲线

图9通过柱状图的形式更加直观地显示了端子的温升值。可以看出：样品A的温升值明显低于其他两个样品，这说明了压接方式对端子温升有影响作用，压接处越牢固，接触面积越多，端子温升越低。

蔬果产业对洪都拉斯的贸易平衡有积极的作用。虽然其2003年出口总额在3亿美元以上，但包括加工产品在内，进口量仅约5000万美元。2003年仅新鲜水果和蔬菜进口就约2000万美元，意味着其是进口替代的好机会。种植新鲜水果和蔬菜最好的地区是Intibuca、科马亚瓜和拉巴斯。乔卢特卡山谷地区也是非常重要的，但是这一地区的种植权限主要集中在大型出口企业手中，不在我们此次的讨论范围之内。

图9 不同样品的端子温升值 4 结论 （1）端子温升受到线缆横截面积大小的影响。在相同的测试电流下，横截面积越大，端子温升越小。根据标准GB/T20234.1-2015[6]中的要求，端子温升值不能大于50 K，因此，25 mm和35 mm的线缆可适用于80 A和125 A的直流充电接口，50 mm和70 mm可适用于标准[6]规定的所有直流充电接口。 （2）端子的压接对端子温升有一定地影响作用。触头与线缆压接的越紧，接触面积越大，端子的温升越小，这可使得在满足标准要求的前提下，拥有相同横截面积线缆的直流充电接口可通过更大的充电电流。 参考文献 [1] 李赟,朱发旺. 基于感应充电的电动车充电系统设计[J].电源设计, 2017, 9(41), 1364-1365,1376. [2] 周文雲,周浩,李金宝.国内外电动汽车充电设施发展现状综述[J].机电信息,2017,24(522),156-157. [3] 岳为众,张晶,刘颖琦.产业政策于市场表现关联—以中国电动汽车充电基础设施为例[J] 2019,2(40),82-94. [4] SHAABAN M F,EAJAL A A. Coordinated charging of plug-in hybrid electric vehicles in smart hybrid AC/DC distribution systems [J]. Renewable Energy, 2015, 82: 92-99. [5] 中国电力企业联合会.电动汽车传导充电系统通用要求:GB/T 18487.1-2015[S].北京:中国标准出版社,2015. [6] 中国电力企业联合会.电动汽车传导充电用连接装置通用要求: GB/T 20234.1—2015[S].北京:中国标准出版社,2015. [7] 中国电力企业联合会.电动汽车传导充电用连接装置交流接口: GB/T 20234.2—2015[S].北京:中国标准出版社,2015. [8] 中国电力企业联合会.电动汽车传导充电用连接装置直流接口: GB/T 20234.3—2015[S].北京:中国标准出版社,2015. [9] 中国电力企业联合会.电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统中间的通信协议:GB/T 27930—2015[S].北京:中国标准出版社,2015. [10] 中国电力企业联合会.电动汽车传导充电互操作性测试规范第1部分:供电设备:GB/T 34657.1-2017[S].北京:中国标准出版社, 2017. [11] 中国电力企业联合会.电动汽车传导充电互操作性测试规范第2部分:车辆:GB/T 34657.2—2017[S].北京:中国标准出版社,2017. [12] 中国电力企业联合会.电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议一致性测试:GB/T 34658—2017[S].北京:中国标准出版社,2017. [13] ROMON T G S, MOMBER I, ABBAD M R, et al. Regulatory framework and business models for charging plug-in electric vehicles: Infrastructure, agents, and commercial relationships [J]. Energy Policy, 2011, 39(10): 6360-6375. Research on Terminal Temperature Rise of DC Charging Coupler for Electric Vehicle Xu Dacheng1,2,3 ( 1.Shanghai Motor Vehicle Inspection Certification & Tech Innovation Center Co., LTD., Shanghai 201805;2.National Center of Supervision and Inspection on Motor Vehicle Products Quality (Shanghai), Shanghai 201805;3.National Center of Supervision and Inspection on New Energy Motor Vehicle Products Quality, Shanghai 201805 ) Abstract:Aiming at the charging safety of DC charging coupler for electric vehicles, the influence of cable cross-sectional area and compression connection mode on terminal temperature rise was studied and analyzed by doing experiment. The test results show that the larger the cross-sectional area of cable used in DC charging coupler, the smaller the terminal temperature rise is, and the greater the current value can be passed. The terminal pressure fastening, the terminal temperature rise in charging process is lower. The test results can be used as reference for optimizing product design of relevant manufacturing enterprises. Keywords:Electric vehicle; DC charging coupler; Terminal temperature rise CLC NO.: TK01 Document Code: A Article ID:1671-7988(2019)14-28-04 中图分类号：TK01 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)14-28-04 作者简介：徐达成（1990-），男，上海人，工程师，硕士，主要研究方向为新能源机动车电机、电控及充电系统。 10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.14.009