北京公共交通控股(集團)有限公司保修分公司 李躍華
純電動公交車運行一定里程后,需補充電能(即充電)。電動公交車到充電站充電,車與站的充電連接裝置(充電插座和充電插頭)如果出現(xiàn)故障,不僅不能正常充電,而且還有安全風險?,F(xiàn)以北京公交運營使用的純電動公交車為例,闡述純電動車輛在充電過程中充電連接裝置損壞的原因和產(chǎn)生故障的機理。并對規(guī)避純電動車輛充電過程中存在的風險提供參考解決措施,以及充電過程中產(chǎn)生故障時的解決方案。
充電接口是指用于連接活動電纜和電動汽車的充電部件,由充電插座和充電插頭兩部分構成。其中,充電插頭是在電動汽車傳導式充電過程中,與充電插座的結構和電氣進行耦合的充電部件,它與活動電纜裝配連接或一體化集成組成充電電纜;充電插座是安裝在電動汽車或供電設備上用于耦合充電插頭的部件。
(1)充電連接裝置對結構的要求。充電插頭和充電插座易觸及的表面應無毛刺、飛邊及類似尖銳邊緣;充電插頭和充電插座應有配屬的保護蓋,這些保護蓋與其配屬的部件之間應有起固定連接作用的附件裝置(如鏈、繩等),且不使用工具時應不能拆卸。
(2)充電插座對溫度的要求。當參考環(huán)境空氣溫度為25℃,并根據(jù)GB 7251.1-2013 的相關要求進行驗證時,供電設備及其電路應能在特定條件下(GB 7251.1-2013 的5.3.1 和5.3.2)持續(xù)承受最大額定電流,溫升極限由GB 7251.1-2013 的9.2 規(guī)定,對于沒有相關標準的組件,溫升極限由該標準的11.6.2 規(guī)定。
(3)充電插座對極限溫升的要求。電動汽車供電設備在額定負載下長期連續(xù)運行,內(nèi)部各發(fā)熱元器件及各部位的溫升應不超過NB/T 33001-2010 中的相關規(guī)定。
允許表面溫度,在額定電流和環(huán)境溫度40℃條件下,手握可接觸的表面最高允許溫度為50℃(金屬部分)、60℃(非金屬部分);可能觸及但不能手握的表面最高允許溫度為60℃(金屬部分)、85℃(非金屬部分);組件、絕緣體和塑料材料的溫度應不超過在設施壽命周期內(nèi)正常使用時可能降低電氣、機械或其他性能的溫度。
2016年8 月起,國家執(zhí)行新充電標準。GB/T 18487.1-2015《電動汽車傳導充電系統(tǒng)》新增的9.1節(jié)規(guī)定——額定充電電流大于16A 的應用場合,供電插座、車輛插座均應設置溫度監(jiān)控裝置,供電設備和電動汽車應具備溫度監(jiān)測和過溫保護功能。車輛充電插座、充電槍增加溫度檢測裝置,對充電連接裝置溫度狀態(tài)實時監(jiān)控并調(diào)控充電電流大小。
北京公交純電動車輛采用的充電插座分為新國標和老國標兩種,新、老國標充電座外觀差異如圖1 所示。
新、老國標充電座內(nèi)主電極DC+/DC-導電彈性材料形狀差異(兩者材質的差異有待進一步考證)如圖2 所示。
圖1 在用充電插座外觀對比
圖2 充電座主電極內(nèi)部導電元件
圖3 執(zhí)行新國標充電插座結構
充電座極柱燒蝕主要發(fā)生在老國標的接口上,新國標充電插座未發(fā)現(xiàn)此類問題。
新、老國標插座及充電槍在溫度檢測和過溫保護功能上存在差異(導致車輛充電插座燒毀的充電站是否執(zhí)行新國標有待進一步考證),根據(jù)GB/T 18487.1-2015《電動汽車傳導充電系統(tǒng)》對充電連接裝置溫度監(jiān)控的要求,目前已按要求增加了充電座的溫度監(jiān)控、密封蓋鎖止監(jiān)控等功能(圖3),而發(fā)生燒蝕的老國標充電座無此項功能。
新標準全面提升了充電的安全性和兼容性。在安全性方面,新標準增加了充電接口溫度監(jiān)控、電子鎖、絕緣監(jiān)測和泄放電路等功能,細化了直流充電車端接口安全防護措施,眀確禁止不安全的充電模式應用,能夠有效避免發(fā)生人員觸電、設備燃燒等事故,保證充電時對電動汽車及其使用者的安全。
北京公交純電動運營車輛充電插座分為2 種,一種是帶線的充電插座,另一種是不帶線的充電插座。
圖4 充電插座嚴重燒蝕
圖5 充電插座絕緣隔套易損部位
(1)帶線充電座。GTQ6131BEVST3 型車(2016年12 月投入使用)充電插座的損壞主要集中在充電高壓正、負極的充電極柱上,可以看出損壞的充電座極柱中心位置(冠簧)有明顯燒蝕現(xiàn)象,而且燒蝕的極柱與絕緣隔套粘連在一起,高壓線過熱后絕緣層也出現(xiàn)破損,裸露出了銅線(圖4)。目前更換的充電座都是過熱燒蝕的故障,由于極柱燒蝕過溫致主線路過熱,造成充電線絕緣層破損,所以需更換整套充電座及線束。
(2)不帶線充電座。充電座故障主要集中在充電座的絕緣隔套上,損壞點為CC1/CC2/PE/A+/A-這些針腳的絕緣隔套(圖5),一般為斷裂脫落故障。
不帶線充電插座有的絕緣隔套處于晃動狀態(tài),只連接著一點兒;有的絕緣隔套早已丟失,充電座內(nèi)導電極柱直接裸露,只是缺失了絕緣隔套而充電座極柱無燒蝕現(xiàn)象,更換充電座的整體護套即可解決故障。
綜上,鑒于兩者的差異性,車輛充電座的故障有兩類,執(zhí)行新國標的充電座多以機械性故障為主,執(zhí)行老國標的充電座多以無過溫保護導致的二次損傷故障為主。
充電接口引起的相關故障,需要從整個充電過程的使用、保養(yǎng)來分析制定防范措施。
北京公交純電動運營車大部分采用雙槍約400A 大電流快速充電(應用鈦酸鋰電池),并且充電座主極柱內(nèi)導電部件與充電槍極柱頻繁接觸(其接觸程度與運營路線使用情況、每天充電次數(shù)有關),致使導電接觸面出現(xiàn)不均勻點蝕。對于以上問題,應采取日常小修與保養(yǎng)加以限制。
(1)在車輛保養(yǎng)中,增加對充電座進行檢查記錄項目,要求記錄充電座的目檢狀態(tài),進行物理除塵,對嚴重燒蝕的車輛充電座進行更換。保養(yǎng)及小修時發(fā)現(xiàn)車輛充電座主電極存在拉弧、發(fā)黑、毛刺、燒蝕等損傷,可單獨更換主電極內(nèi)導電部件(冠簧或彈性片),以降低充電座與充電槍接觸不良的問題(經(jīng)過驗證,新、老國標充電座均可單獨更換導電零部件),進而在充電插座燒蝕之前,將隱患消滅在萌芽狀態(tài),以降低車輛運營成本。
(2)存有以下問題的充電插座須更換。
①充電插座存在絕緣體燒蝕、融化、變形、絕緣隔套斷裂損壞。
②導電金屬插孔存在發(fā)黃、嚴重點蝕、銅合金融化。
③外觀無異常但充電時短時快速起熱的充電插座。
(3)充電站及操作人員的相關要求。充電站對狀態(tài)不佳的充電槍進行更換,充電站操作工人在充電前應對充電槍進行目視化檢查,嚴格執(zhí)行插、拔槍操作規(guī)范,避免因不正規(guī)操作導致充電插座機械性損傷。
嚴格實施以上處理措施,消除充電過程中的潛在風險,以保證純電動公交車的安全充電、正常運行。