120 kW/500 V直流充电系统充电异常分析

杨 迪，郭 威，李正哲，胡 嘉，高学哲

(1.国网河北能源技术服务有限公司，石家庄 050021；2.国网河北省电力有限公司电力科学研究院，石家庄 050021)

120 kW/500 V直流充电系统充电异常分析

杨 迪1，2，郭 威2，李正哲2，胡 嘉2，高学哲2

(1.国网河北能源技术服务有限公司，石家庄 050021；2.国网河北省电力有限公司电力科学研究院，石家庄 050021)

针对新国标比亚迪E6电动汽车充电异常的问题，经过现场调查查找原因、理论分析与实际布线整改得到原因为现场充电机与充电桩之间施工布线未按照标准要求施工，致使充电电流过大，充电机与充电桩之间的通信受工频电源电磁的干扰，充电过程突然停跳致电动汽车充电异常，并提出针对该类问题的整改措施。

电动汽车；直流充电；通信；电磁干扰；屏蔽

1 故障情况概述

2017年4月21日，客户驾驶比亚迪E6电动汽车从青岛即墨市返程至北京市区行程中，在A市S高速X服务区北京方向充电异常。从客户18时50分至19时22分之间共计充电次数为8次，均为非成功充电情况，即充电未满充电桩就主动停跳。充电桩前台TCU显示故障代码均为47。故障分类为充电机其他故障查看充电控制器的当前事件记录。根据当前的故障记录排查问题如：屏间通信故障-查看无源开出盒是否工作正常；充电模块通信故障-代码0*0000，检查中间继电器KA11、KA12、 KA13、KA14是否接触可靠；泄放电阻故障-泄放电阻本体故障或继电器插头松动、故障等。

2 现场调查

现场充电站充电机额定功率为120 kW，500 V，充电桩额定功率为120 kW，500 V，充电站每台充电机负责给2台充电桩输送功率。现场每台充电桩均设置成强制隔离，最大输出功率为60 kW(原为0～120 kW充电机自由分配功率模式)。

3 原因分析

现场使用租用的比亚迪E6对故障桩进行了测试，结果在充电6 min后会跳停，通过采集的报文分析，原因是充电桩故障中止。充电桩后台具体故障显示为充电模块无源开出盒通信故障。

X服务区充电桩单桩容量已被厂家限制60 kW，实际输出电压为400 V，实际输出电流为130 A。对X服务区北京方向编号141桩新国标C版本充电桩最大输出电流进行了调整，分别为120 A、110 A。两次设置后的充电结果为：120 A时，充电5 min后故障中止；110 A时，充电正常。同理，在编号142桩旧国标B9版本充电桩进行了测试，试验结果相同。

现场调查人员观察了以上所有充电桩的通讯线，发现其均将1.5 mm2硬铜线和强电回路混在一起(通信回路与220 V工频电源回路使用同一根电缆)。X服务区充电桩内部接线情况见图1。

图1 X服务区充电桩内部接线情况

通过以上验证，排除了车辆的原因，版本兼容的问题，以及泄放回路故障的可能。因此，初步判断由于现场施工未按照要求使用带屏蔽的通信线，而且信号线与强电走在了一起，干扰信号影响了通信线上的信号。大电流对通信回路的强干扰问题所导致现场充电异常。

大电流充电时干扰源的信号强度会增加，影响主监控与无源开出盒之间的正常通信，导致充电过程中报无源开出盒通信故障。现场通信线未使用屏蔽线且铺设距离较长时，同时与220 V工频回路布线在一起对通信的干扰严重。

4 充电模型分析

4.1 通信回路RS485受工频电磁场干扰的理论分析

RS485的多机串行通信系统中，一般都是主从式结构，从机不主动发送命令或数据，一切由主机控制，并且一条总线中只有1台主机，各从机之间不能相互通信，即使从机间有信息交换也必须

是通过主机转发。现场RS485总线应用模型，通信主机为充电桩1(主机)，通信从机为120 kW充电柜与充电桩2(辅机)。在实际应用中，现场系统RS485总线选用型号为RVVP2*0.3的屏蔽线。信号传输的完整性可以通过屏蔽系统得到一定的保证。屏蔽布线系统可以防止传输数据受到外界电磁干扰和射频干扰的影响。电磁干扰(EMI)主要是低频干扰，电源线(交流进线)是通常的电磁干扰源。射频干扰(RFI)是高频干扰，主要是无线频率干扰，包括无线电、电视转播、雷达及其他无线通信。对于抵抗电磁干扰，选择编织层屏蔽最为有效，也就是金属网屏蔽，因其具有较低的临界电阻。而对于射频干扰，金属箔层屏蔽最有效，因为金属网屏蔽所产生的缝隙可使得高频信号自由地进出。对于高低频混合的干扰场，则要采用金属箔层加金属网的组合屏蔽方式，这样可使得金属网屏蔽适用于低频范围的干扰，金属箔屏蔽适用于高频范围的干扰。

在X服务区120 kW直流分体充电系统应用中，出现了大电流充电时RS485通信总线共模干扰问题，其关键RS485通信总线A、B线是一对差分总线，而现场将这对差分总线分离接线，并且与交流进线扎在一起走线，造成差分总线的平衡特性破坏，如图2所示。

根据电磁耦合干扰原理，上述RS485通信总线错误布线的充电系统只要带载充电，交流信号必将耦合到RS485通信总线上产生共模干扰，充电负载越大共模耦合干扰越明显。正常充电桩内部端子排接线为充电桩内端子排共有12个端子编号1-12。220 V工频电源回路4芯单独一条电缆，通信回路6芯单独一条电缆。

图2 现场实际布线理论示意

X服务区现场实际铺设电缆为一根7芯电缆，2根共计14芯，实际使用共计4+6=10芯，若现场如4/7，6/7这种分开布线情况也不会出现干扰情况。但在施工使用时，而是2根电缆中共14芯随机混接，存在通信芯与工频回路芯共存于一根电缆中走线的情况。如图3所示。

图3 充电桩内部端子排实际接线示意

4.2 现场干扰波形提取

通过对现场干扰录波情况的调查取证，查找到问题所在的真正原因。现场原有地下布线时，当充电(120 A)时会暂停充电，测得 RS485通信总线(充电控制器与无源开出盒)波形，受干扰严重。现场临时改善布线(去掉原有的地下布线，换上地面的自带屏蔽线)进行验证，当充电(120 A)时不会暂停充电，测得RS485通信总线(充电控制器与无源开出盒)波形，受干扰不严重。

4.3 原因分析

a. 柜体与桩体之间 RS485 通信总线未用双

绞线或屏蔽线，而是普通接线方式，且通信线与220 V交流进线混在一起走线；

b. 充电柜体与充电桩体之间 RS485 通信总线上共模干扰 (220 V 50 Hz交流电)严重(已影响正常的通信 )。

5 处理情况及效果

针对X服务区布线情况，对该服务区2座充电站柜体与桩体之间重新改善布线(采用双绞线或屏蔽线)，如图4所示，保证 RS485 差分通信总线正常通信。

图4 整改后的布线示意

经过重新施工布线整改之后，对该服务区两座充电站充电情况进行了一个月的追踪取证。目前，X服务区已不存在此类问题所引起的异常充电情况，充电运维状况得到了明显改善。

6 结束语

针对此类充电站布线不按标准工艺要求施工的情况，开展对河北省南部电网所辖所有充电站布线施工情况的排查工作，对不符合施工要求且由该问题造成的充电频繁异常情况的重点问题站优先列入整改计划。

Analysis on 120 kW/500 V DC Charging Abnormal Fault

Yang Di1，2,Guo Wei2,Li Zhengzhe2,HuJia2，Gao Xuezhe2

(1.State Grid Hebei Energy Technology Service Limited Company,Shijiazhuang 050021,China;2.State Grid Hebei Electric Power Research Institute, Shijiazhuang 050021,China)

By abnormal recharging new Chinese Standard BYD E6 electrombile,this paper finds that missing standard wiring between charging generator and charging pile leads to charging sudden stop fault when charging current too high , when the communication between charging generator and charging pile disturbed by power frequency electromagnetic, and demonstrates the reasons of the problem by theory analysis and wiring reform,and proposes further reform measures aiming at this kind of problem.

electrombile;DC charging;communication;electromagnetic distyrb;shield

2017-07-03

杨 迪(1981-)，男，高级工程师，主要从事电力营销管理工作。

TM76

B

1001-9898(2017)06-0052-03

本文责任编辑：丁 力