充电桩测试中泄放回路故障分析及处理

李正哲，郭 威

(国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021)



充电桩测试中泄放回路故障分析及处理

李正哲，郭 威

(国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021)

针对某60 kW充电桩在车辆接口断开测试后泄放回路发生故障的情况，通过直流充电桩充电原理及现场调试分析,认为瞬时过电压导致监控单元与充电机模块的通信异常是造成本次故障的主要原因，并提出处理措施，确保充电桩安全可靠运行。

60 kW充电桩；车辆接口断开测试；泄放回路；监控单元；瞬时过电压

随着新能源汽车产业的快速发展，我国不断加快电动汽车充电基础设施建设的步伐，因此电动汽车充电站的建设也迎来了高峰，大规模的基础设施建设将会有力的推动电动汽车的普及。泄放回路作为整个充电桩充电系统的重要单元之一，实时对其进行数据监测，及时发现并排除其故障，对保证充电桩充电过程的安全性起着至关重要的作用。为保证充电正常启动以及充电过程中的安全，充电桩每次充电启动前都要进行整体的绝缘检测，根据GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求》规定及国家电网公司招标文件要求，充电桩需具备在一定条件下将直流输出电压在1 s内下降至60 V以下的功能，此即为泄放电阻的作用。充电过程中当发生下列情况时，充电机应能在100 ms内断开直流输出接触器，且直流输出电压应在1 s内下降至60 V以下。

1 故障概况

某60 kW充电桩进行车辆接口断开测试后，在进行下一项试验项目测试时，发现充电桩柜内冒烟的故障，现场人员立即按下急停开关紧急断电，经现场检查车辆接口断开测试后因充电桩泄放回路存在异常未能及时泄放，长时间带电，导致2只泄放电阻故障，其余元器件正常。在整个车辆接口断开测试过程中，充电桩柜内开关元件有正常动作声音，车辆接口断开测试后，在没有进行任何操作的情况下闻到异味。

2 直流充电控制原理

直流充电控制原理见图1。

图1 直流充电控制原理

据图1所示，当检测点1电压为4 V时，车辆接口完全连接，闭合K3和K4，使低压辅助供电回路导通；闭合K1和K2，进行绝缘检测，绝缘检测完成后，将IMD(绝缘检测)以物理的方式从强电回路中分离，并投入泄放回路对充电输出电压进行泄放，非车载充电机完成自检后断开K1和K2；然后车辆控制装置与非车载充电机控制装置在配置阶段时，车辆控制装置闭合K5和K6，使充电回路导通；在充电阶段，车辆控制装置向非车载充电机控制装置实时发送电池充电需求参数；车辆控制装置根据电池系统是否达到满充状态来判断是否结束充电或者当操作人员实施了停止充电指令时，非车载充电机控制装置开始周期发送“充电机中止充电报文”，并控制充电机停止充电，在确认充电电流变为小于5 A后断开K1和K2，并再次投入泄放回路，然后断开K3和K4，以上为直流充电控制回路的整个充电过程。

泄放回路接触器工作原理为充电机模块关机、直流输出接触器K1和K2断开后，泄放回路接触器投切开关闭合，把供电回路电容存储的剩余电能转化为热能释放以此泄放回路工作完成。

3 故障原因分析

3.1 测试结果比较

在测试过程中，当进行模拟车辆接口断开测试(车辆接口断开测试)时，操作人员按照正常充电方式启动充电桩，整个启动过程如下：充电桩与BMS通信正常，当充电桩完成绝缘自检过程后断开K1和K2，操作人员应及时闭合车辆模拟控制器端K5和K6，此时充电桩检测到车辆端电池电压(模拟电压)正常后闭合K1和K2，使直流供电回路导通；当充电桩输出电压达到需求电压后，将可编程直流负载加载，达到BMS电流需求后，此时完全具备车辆接口断开测试条件，操作人员按下直流车辆控制模拟器急停按钮，至此完成车辆接口断开测试，预期测试结果为：

a. 非车载充电机紧急停止充电，BMS与充电桩通信停止。

b. 发生车辆接口断开时，供电设备应在1 s内将充电接口电压降至60 V以下。

c. 充电桩发送中止充电报文中结束充电原因符合充电连接器故障情况。

d. 充电桩K1和K2断开，K3和K4断开。

实际测试结果如下：

a. 非车载充电机紧急停止充电，BMS与充电桩通信异常。

b. 发生车辆接口断开时，供电设备未能在1 s内将充电接口电压降至60 V以下。

c. 充电桩发送中止充电报文中结束充电原因符合充电连接器故障情况。

d. 充电桩K1和K2断开，K3和K4断开。

3.2 测试数据分析

a. 通过以上测试结果对比可知供电设备未能按照要求在1 s内将充电接口电压降至60 V以下，后经过程序检查控制器input5和CAN2口对应功能无法实现。

b. 针对车辆接口断开测试后存在的异味情况，打开充电柜检查，发现柜内泄放电阻冒烟，后将泄放电阻取下，现场经过万用表实际测量，泄放电阻无穷大，判定柜内泄放电阻故障。具体见图2。

图2 充电桩柜内电气图

3.3 原因确定

控制器的input5(直流输出接触器状态)和CAN2口(与车辆BMS通讯CAN口)在CPU芯片中损坏对应功能；input5和CAN2口均有光耦隔离，光耦耐压大于2.5 kV；由损坏器件本身可初步判断现场发生故障时有较高瞬时异常电压产生。

瞬时过电压干扰了监控单元与充电机模块的通讯，导致充电机未能及时接收到关机命令，此时泄放接触器动作，直接导致泄放电阻一端和正母线导通，另一端和负母线导通，泄放电阻长时间带电烧坏，泄放回路电阻长时间带电烧毁以此导致泄放回路故障。

4 处理措施

更换泄放电阻及监控单元，调试泄放电阻、监控单元与充电桩的匹配性，测试限流50%(4个充电机模块启动)、100%(8个充电机模块全部启动)情况下可以正常启动充电，泄放电阻回路投退功能正常。对非车载充电机通信模块进行改造升级，测试整流柜侧输出接触器、通信继电器功能正常。

5 结束语

结合上述故障情况，为保证电动汽车充电桩试验工作的顺利进行，充电桩厂家要充分认识到直流充电系统中泄放回路与非车载充电机通信模块的重要性，不断提高充电桩的综合性能，以满足试验过程中互操作性测试、通信一致性测试及实车充电的稳定性，加强故障原因分析，及时消除故障缺陷，确保充电站的安全可靠运行。

本文责任编辑：王洪娟

Fault Analysis and Treatment on Discharge Circuit of Charging Pile Test

Li Zhengzhe，Guo Wei

(State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China)

This paper analyzes the situation of discharge circuit fault after pulling out the gun from a 60 kW charging pile by the DC charging piles principle research and debugging.We thought that instantaneous voltage leading to monitoring unit and charger module communication abnormalitu is the main cause of this fault.Thus we put forward the treatment measures to ensure the safe and reliable operation of the charging piles.

60 kW charging piles;drawing test;discharge circuit;monitoring unit

2017-02-09

李正哲(1985-)，男，工程师，主要从事电动汽车充换电服务管理工作。

TM921

B

1001-9898(2017)03-0043-02