纯电动公交车充电连接装置故障分析及预防措施

北京公共交通控股（集团）有限公司保修分公司 李跃华

纯电动公交车运行一定里程后，需补充电能（即充电）。电动公交车到充电站充电，车与站的充电连接装置（充电插座和充电插头）如果出现故障，不仅不能正常充电，而且还有安全风险。现以北京公交运营使用的纯电动公交车为例，阐述纯电动车辆在充电过程中充电连接装置损坏的原因和产生故障的机理。并对规避纯电动车辆充电过程中存在的风险提供参考解决措施，以及充电过程中产生故障时的解决方案。

1 纯电动车辆充电连接装置释义及要求

1.1 释义

充电接口是指用于连接活动电缆和电动汽车的充电部件，由充电插座和充电插头两部分构成。其中，充电插头是在电动汽车传导式充电过程中，与充电插座的结构和电气进行耦合的充电部件，它与活动电缆装配连接或一体化集成组成充电电缆；充电插座是安装在电动汽车或供电设备上用于耦合充电插头的部件。

1.2 要求

（1）充电连接装置对结构的要求。充电插头和充电插座易触及的表面应无毛刺、飞边及类似尖锐边缘；充电插头和充电插座应有配属的保护盖，这些保护盖与其配属的部件之间应有起固定连接作用的附件装置(如链、绳等)，且不使用工具时应不能拆卸。

（2）充电插座对温度的要求。当参考环境空气温度为25℃，并根据GB 7251.1-2013 的相关要求进行验证时，供电设备及其电路应能在特定条件下（GB 7251.1-2013 的5.3.1 和5.3.2)持续承受最大额定电流，温升极限由GB 7251.1-2013 的9.2 规定，对于没有相关标准的组件，温升极限由该标准的11.6.2 规定。

（3）充电插座对极限温升的要求。电动汽车供电设备在额定负载下长期连续运行，内部各发热元器件及各部位的温升应不超过NB/T 33001-2010 中的相关规定。

允许表面温度，在额定电流和环境温度40℃条件下，手握可接触的表面最高允许温度为50℃（金属部分）、60℃（非金属部分）；可能触及但不能手握的表面最高允许温度为60℃（金属部分）、85℃（非金属部分）；组件、绝缘体和塑料材料的温度应不超过在设施寿命周期内正常使用时可能降低电气、机械或其他性能的温度。

2 纯电动车辆新、老国标充电接口分类

2016年8 月起，国家执行新充电标准。GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统》新增的9.1节规定——额定充电电流大于16A 的应用场合，供电插座、车辆插座均应设置温度监控装置，供电设备和电动汽车应具备温度监测和过温保护功能。车辆充电插座、充电枪增加温度检测装置，对充电连接装置温度状态实时监控并调控充电电流大小。

北京公交纯电动车辆采用的充电插座分为新国标和老国标两种，新、老国标充电座外观差异如图1 所示。

新、老国标充电座内主电极DC+/DC-导电弹性材料形状差异（两者材质的差异有待进一步考证）如图2 所示。

图1 在用充电插座外观对比

图2 充电座主电极内部导电元件

图3 执行新国标充电插座结构

充电座极柱烧蚀主要发生在老国标的接口上，新国标充电插座未发现此类问题。

新、老国标插座及充电枪在温度检测和过温保护功能上存在差异（导致车辆充电插座烧毁的充电站是否执行新国标有待进一步考证），根据GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统》对充电连接装置温度监控的要求，目前已按要求增加了充电座的温度监控、密封盖锁止监控等功能（图3），而发生烧蚀的老国标充电座无此项功能。

新标准全面提升了充电的安全性和兼容性。在安全性方面，新标准增加了充电接口温度监控、电子锁、绝缘监测和泄放电路等功能，细化了直流充电车端接口安全防护措施，眀确禁止不安全的充电模式应用，能够有效避免发生人员触电、设备燃烧等事故，保证充电时对电动汽车及其使用者的安全。

3 纯电动车辆充电插座故障类型分析

北京公交纯电动运营车辆充电插座分为2 种，一种是带线的充电插座，另一种是不带线的充电插座。

图4 充电插座严重烧蚀

图5 充电插座绝缘隔套易损部位

（1）带线充电座。GTQ6131BEVST3 型车（2016年12 月投入使用）充电插座的损坏主要集中在充电高压正、负极的充电极柱上，可以看出损坏的充电座极柱中心位置（冠簧）有明显烧蚀现象，而且烧蚀的极柱与绝缘隔套粘连在一起，高压线过热后绝缘层也出现破损，裸露出了铜线（图4）。目前更换的充电座都是过热烧蚀的故障，由于极柱烧蚀过温致主线路过热，造成充电线绝缘层破损，所以需更换整套充电座及线束。

（2）不带线充电座。充电座故障主要集中在充电座的绝缘隔套上，损坏点为CC1/CC2/PE/A+/A-这些针脚的绝缘隔套（图5），一般为断裂脱落故障。

不带线充电插座有的绝缘隔套处于晃动状态，只连接着一点儿；有的绝缘隔套早已丢失，充电座内导电极柱直接裸露，只是缺失了绝缘隔套而充电座极柱无烧蚀现象，更换充电座的整体护套即可解决故障。

综上，鉴于两者的差异性，车辆充电座的故障有两类，执行新国标的充电座多以机械性故障为主，执行老国标的充电座多以无过温保护导致的二次损伤故障为主。

4 防范措施

充电接口引起的相关故障，需要从整个充电过程的使用、保养来分析制定防范措施。

北京公交纯电动运营车大部分采用双枪约400A 大电流快速充电（应用钛酸锂电池），并且充电座主极柱内导电部件与充电枪极柱频繁接触（其接触程度与运营路线使用情况、每天充电次数有关），致使导电接触面出现不均匀点蚀。对于以上问题，应采取日常小修与保养加以限制。

（1）在车辆保养中，增加对充电座进行检查记录项目，要求记录充电座的目检状态，进行物理除尘，对严重烧蚀的车辆充电座进行更换。保养及小修时发现车辆充电座主电极存在拉弧、发黑、毛刺、烧蚀等损伤，可单独更换主电极内导电部件（冠簧或弹性片），以降低充电座与充电枪接触不良的问题（经过验证，新、老国标充电座均可单独更换导电零部件），进而在充电插座烧蚀之前，将隐患消灭在萌芽状态，以降低车辆运营成本。

（2）存有以下问题的充电插座须更换。

①充电插座存在绝缘体烧蚀、融化、变形、绝缘隔套断裂损坏。

②导电金属插孔存在发黄、严重点蚀、铜合金融化。

③外观无异常但充电时短时快速起热的充电插座。

（3）充电站及操作人员的相关要求。充电站对状态不佳的充电枪进行更换，充电站操作工人在充电前应对充电枪进行目视化检查，严格执行插、拔枪操作规范，避免因不正规操作导致充电插座机械性损伤。

严格实施以上处理措施，消除充电过程中的潜在风险，以保证纯电动公交车的安全充电、正常运行。