电车试验：充电安全——充电设备试验与安全评价

检测指的是用指定的方法检测测试某种物体（气体、液体、固体）指定的技术性能指标。电动汽车充电设备检测是一个很大的工程体系，具有涉及因素多、涉及面较广以及动态性强的特点。通过开展试验检测，可以探索和确定单一或多个环境因素对充电的影响，考核充电设备的环境适应性；验证充电设备是否符合规定的环境要求，充电产品是否合格，为运营商和用户对充电设备接收或拒收的决策依据；另外还可以检测出不合格的或有潜在缺陷的充电产品，促进制造商提高设计工艺、改进技术，从而促进充电设备的可靠性、安全性。

目前国内对于试验检测环节的标准主要有国家标准GB/T 34657.1《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 34658《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测试》，在编制《电动汽车供电设备安全要求及试验规范》（报批阶段），NB/T 33008.1《电动汽车充电设备检验试验规范第1 部分：非车载充电机》、NB/T 33008.2《电动汽车充电设备检验试验规范第2 部分：交流充电桩》，另外国家电网公司也发布了相关的充换电设施检测系列企业标准。这些标准主要在现行的国家标准GB/T 18487.1《电动汽车传导充电系统第1 部分：通用要求》、GB/T 20234.1《电动汽车传导充电用连接装置第1 部分：通用要求》、GB/T 20234.2《电动汽车传导充电用连接装置第2 部分：交流充电接口》、GB/T 20234.3《电动汽车传导充电用连接装置第3部分：直流充电接口》、行业标准NB/T 33001《电动汽车非车载传导式充电机技术条件》、NB/T 33002《电动汽车交流充电桩技术条件》的要求为基础建立并扩展充电安全试验方法与评价方法。

一、直流充电设备检测要求

目前，国内非车载充电机检测标准基本都是符合性检测型标准，即标准规定低温、高温、湿热、温升、电击防护、绝缘电阻、工频耐压、稳流精度、电磁兼容、机械强度、噪声等电气、机械和安全性能方面的试验项目，用以确保非车载充电机在使用时的安全性。

结合我国电动汽车产业发展及安全标准现状，依据我国各个地区的环境差异，及时对非车载充电机运行条件及部分检测指标进行相对调整和补充完善。

（1）一般检查

一般检查主要包括检查非车载充电机及其零部件的外观、标志、基本构成、机械开关设备、防盗措施、充电模式和连接方式、电缆管理及贮存、电气隔离等。主要通过目测或简单的试验来确认非车载充电机及其零部件是否满足结构要求。

（2）功能试验

功能试验主要包括充电控制功能试验、通信功能试验、绝缘检测功能试验、直流输出回路短路检测功能试验、车辆插头锁止功能试验、预充电功能试验、显示功能试验、输入功能试验、计量功率试验、急停功能试验。

（3）安全要求试验

安全要求试验主要包括输入过压保护试验、输入欠压保护试验、输出过压保护试验、输出短路保护试验、过温保护试验、开门保护试验、启动急停装置试验、输入电流过冲试验、蓄电池反接试验、防逆流功能试验、接触器粘连试验。

（4）电击防护试验

电击防护试验主要包括直接接触防护试验、动力电源输入失电试验。电击是电流通过人体时引起的病理生理效应。电流通过人体时主要对人体的肌肉、血液循环和呼吸的功能产生影响，有时还引起严重的灼伤，对人体伤害的程度与电流的大小、电流通过人体的部位以及电流持续时间的长短有关。

（5）电气间隙和爬电距离试验

爬电距离是沿绝缘表面测量的两个导电部件之间，在不同使用条件下，导体周围的绝缘材料带电，导致绝缘材料的带电区域出现带电现象。电气间隙是测量两个导电部件之间或导电部件与设备保护接口之间的最短距离。也就是说，在保证电气性能的稳定性和安全性的前提下，空气可以达到最短的绝缘距离。根据非车载充电机的额定绝缘电压等级对应不同的电气间隙和爬电距离，小母线、汇流排或不同级的裸露的带电导体之间，以及裸露的带电导体与未经绝缘的不带电导体之间的电气间隙不小于12 mm，爬电距离不小于20mm。

（6）电气绝缘性能试验

电气绝缘性能试验，主要包括绝缘电阻试验、工频耐压试验、冲击耐压试验。

为衡量绝缘材料对电流的“限制”能力，引入绝缘电阻的概念，绝缘电阻是指用于表征绝缘体阻止电流流通的能力。绝缘电阻太低，泄露电流会很大，不但造成电能的浪费，还会引起发热而损坏绝缘体。因此绝缘电阻是表征绝缘体特性的基本参数之一。

工频交流耐压试验是鉴定电力设备绝缘强度最有效和最直接的方法，是预防性试验的一项重要内容。此外，由于交流耐压试验电压一般比运行电压高，因此通过试验后，设备有较大的安全裕度，因此交流耐压试验是保证电力设备安全运行的一种重要手段。

冲击耐压试验即可用于研究充电机遭受大气过电压（雷击）时的绝缘性能，又可用于研究电力设备遭受操作过电压时的绝缘性能。

（7）接地试验

检查充电机金属壳体的接地螺栓直径不应小于6 mm，且有接地标志；充电机的门、盖板、覆板和类似部件，应采用保护导体将这些部件和充电机主体框架连接，用量规或游标卡尺测量保护导体的截面积不应小于2.5 mm2；通过电桥、接地电阻试验仪或数字式低电阻试验仪测量，充电机内任意应该接地的点至总接地之间的电阻不应大于0.1 Ω，测量点不应少于3 个，如果测量点涂敷防腐漆，需将防腐漆刮去，露出非绝缘材料后再进行试验，接地端子应有明显的标志；充电机内部工作地与保护地应相互独立，应分别直接连接到接接地导体（铜排）上，不应在一个接地线中串接多个需要接地的电气装置。

（8）充电输出试验

针对目前充电机不同的输出特性，给出具备恒功率和不具备恒功功能的充电机试验点，充电机输出试验主要包括最大恒功率输出试验、功率控制试验、低压辅助电源试验、稳流精度试验、稳压精度试验、电压纹波因数试验、电流纹波试验、输出电流设定误差试验、输出电压设定误差试验、限流特性试验、限压特性试验、输出电流响应时间试验、输出电流停止速率试验、启动输出过冲试验、输出电流测量误差试验、输出电压测量误差试验、测量值更新时间试验、效率试验、功率因数试验。

（9）待机功耗试验

在充电机不连接试验系统且无人员操作，仅保留其后台通讯、状态指示灯等基本功能的状态，测量充电机的待机功耗不应大于N×50 W。

（10）协议一致性试验

按照GB/T 34658《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》规定的方法，检查非车载充电机的每个车辆接口的通信协议应符合标准要求。

（11）控制导引试验

按照GB/T 34657.1《电动汽车传导充电互操作性测试第1 部分：供电设备》规定的方法，检查非车载充电机的每个车辆接口的控制导引功能应符合标准要求且相互独立。主要包括充电控制状态试验、充电连接控制时序试验、控制导引电压限值试验、通信中断试验、保护接地导体连续性试验、连接检测信号断开试验、输出冲击电流试验、蓄电池电压与通信报文不符试验、蓄电池电压超过充电机范围试验、蓄电池二重保护功能试验、车辆最高允许充电总电压不匹配试验、充电需求大于蓄电池参数试验。

（12）噪声试验

噪声是各种频率和不同强度的杂乱声音的组合。考核非车载充电机在强噪声场中的工作性能和耐强噪声的能力，测定设备对强噪声的响应。

（13）内部温升试验

电机在机电能量转换过程中所产生的损耗最终转化为电机各部件的温升，电动汽车用驱动电机的单机容量较大，电机体积较小、电机散热环境恶劣，其运行时会产生较高的单位体积损耗，带来严重的温升问题，从而影响电机的寿命和运行可靠性。对充电机内部包括动力电源输入电流所流经的回路，如接线端子、输入断路器、输入接触器等；功率变换单元及其内部元器件、输入输出端子；直流输出电流所流经的回路，如接线端子、直流熔断器、直流接触器、功率电阻、电流采样分流器、车辆插头等安装测温元件。温度可用融化颗粒、变化指示器或热电偶进行测量。

（14）允许温度试验

在充电过程中，检查充电接口在额定负载下，充电机手握可接触部分、可触及但非手握部分的金属材料和非金属材料的温度应符合标准要求。

（15）机械强度试验

采用不同的锤对电气设备进行撞击试验都可能产生机械应力。在严酷度条件下对充电机实施撞击，可以评定充电机的坚固度。

（16）防护试验

防护试验主要包括防尘试验、防水试验、防盐雾试验、防锈（防氧化）试验。防尘试验用于防止固体异物进入壳内设备，防水试验用于防止由于水进入壳内对设备造成有害影响，防盐雾试验用于提高充电机内印刷线路板、接插件等关键部件的防盐雾能力，防锈（防氧化）试验用于要求充电机铁质外壳、暴露的铁质支架、零件以及非铁质的金属外壳等代表性试样进行防锈处理。

（17）环境试验

环境试验主要包括低温试验、高温试验、交变湿热试验。环境试验的目的仅限于用来确定非车载充电机在低温、高温湿热环境下使用的能力。测试非车载充电机能否在低温、高温条件下放置足够长时间以达到温度稳定，以及在高湿度与温度循环变化组合以及表面产生凝露的条件下使用、运输和贮存的适应性。防止由于温度改变而对非车载充电机产生有害作用。

（18）电磁兼容性试验

电磁兼容性试验主要包括，静电放电抗扰度试验、射频电磁场辐射抗扰度试验、电快速瞬变脉冲群抗扰度试验、浪涌（冲击）抗扰度试验、辐射骚扰试验、传导骚扰试验、谐波电流试验。

静电放电抗扰度试验，用以评估电动汽车非车载充电机遭受静电放电时的性能，以及人体靠近充电机可能发生的静电放电现象。

射频电磁场辐射抗扰度试验，用以评估电磁辐射以某种方式对大多数电子设备的影响。

电快速瞬变脉冲群抗扰度试验是为了评估非车载充电机的供电电源端口、信号、控制和接地端口在受到电快速瞬变（脉冲群）干扰时的性能。

浪涌（冲击）抗扰度试验，用以找出充电机在规定的工作状态下时，对由开关或雷电作用所产生的有一定危害电平的浪涌（冲击）电压的反应。

辐射骚扰试验和传导骚扰试验避免非车载充电机影响无线电广播和电信业务，又可以允许其他设备在合理的距离处按预定的要求工作。

谐波电流试验，电动汽车充电机的整流装置是电动汽车充电站接入电力系统产生谐波的主要原因。所谓谐波，就是对周期性非正弦电量进行傅里叶级数分解，除了得到频率与工频相同的分量（该分量称为基波），还得到一系列大于工频的分量，这部分分量称为谐波。和许多其他形式的污染一样，谐波的产生影响整体（电气）环境，而且影响范围可能波及到距其源点较远之处。

二、交流充电设备检测要求

目前，国内交流充电桩检测标准基本都是符合性检测标准，包括了电气、机械和安全性能方面的试验项目，用以确保交流充电桩在使用时的安全性。目前交流充电桩的技术仍处于不断地进步和更新之中，特别是在交流充电桩与电网互动环节提出了有序充电的需求，新的功能和技术要求处于起步阶段，要不断跟踪电动汽车新技术的发展，确保标准的技术内容先进、可操作性。

（1）一般检查

一般检查主要包括检查交流充电桩及其零部件的外观、标志、基本构成、机械开关设备、防盗措施、充电模式和连接方式、电缆管理及贮存等。主要通过目测或简单的试验来查看电动汽车交流充电桩及其零部件是否满足结构要求。

（2）功能试验

功能试验主要包括通信功能试验、充电连接装置检查、锁止装置检查、显示功能试验、输入功能试验、计量功能试验。

（3）安全要求试验

安全要求试验主要包括输出短路保护试验、过温保护试验、急停保护试验、接触器粘连监测试验、接触电流试验、漏电保护试验。

（4）内部温升试验

对交流充电桩内部包括动力电源输入电流所流经的回路，如熔断器外壳、母线连接处、铜——铜、铜搪锡——铜搪锡、铜镀银——铜镀银等安装测温元件。温度可用融化颗粒、变化指示器或热电偶进行测量。

（5）允许温度试验

在充电过程中，检查充电接口在额定负载下，充电机手握可接触部分、可触及但非手握部分的金属材料和非金属材料的温度应符合标准要求。

（6）电击防护试验

电击防护试验，主要包括直接接触防护试验、开门保护试验、动力电源输入失电试验。

（7）电气间隙和爬电距离试验

爬电距离是沿绝缘表面测量的两个导电部件之间，在不同使用条件下，导体周围的绝缘材料带电，导致绝缘材料的带电区域出现带电现象。电气间隙是测量两个导电部件之间或导电部件与设备保护接口之间的最短距离。也就是说，在保证电气性能的稳定性和安全性的前提下，空气可以达到最短的绝缘距离。根据非车载充电机的额定绝缘电压等级对应不同的电气间隙和爬电距离，小母线、汇流排或不同级的裸露的带电导体之间，以及裸露的带电导体与未经绝缘的不带电导体之间的电气间隙不小于12 mm，爬电距离不小于20

mm。

（8）绝缘性能试验

电气绝缘性能试验，主要包括绝缘电阻试验、工频耐压试验、冲击耐压试验。

通常讲的绝缘并非完全的电气隔离，为衡量绝缘材料对电流的“限制”能力，引入绝缘电阻的概念，绝缘电阻是指用于表征绝缘体阻止电流流通的能力。绝缘电阻太低，泄露电流会很大，不但造成电能的浪费，还会引起发热而损坏绝缘体。因此绝缘电阻是表征绝缘体特性的基本参数之一。

工频交流耐压试验是鉴定电力设备绝缘强度最有效和最直接的方法，是预防性试验的一项重要内容。此外，由于交流耐压试验电压一般比运行电压高，因此通过试验后，设备有较大的安全裕度，因此交流耐压试验是保证电力设备安全运行的一种重要手段。

冲击耐压试验即可用于研究充电机遭受大气过电压（雷击）时的绝缘性能，又可用于研究电力设备遭受操作过电压时的绝缘性能。

（9）接地试验

检查交流充电桩金属壳体的接地螺栓直径不应小于6 mm，且有接地标志；充电桩的门、盖板、覆板和类似部件，应采用保护导体将这些部件和充电桩主体框架连接，用量规或游标卡尺测量保护导体的截面积不应小于2.5 mm2；通过电桥、接地电阻试验仪或数字式低电阻试验仪测量，充电桩内任意应该接地的点至总接地之间的电阻不应大于0.1 Ω，测量点不应少于3 个，如果测量点涂敷防腐漆，需将防腐漆刮去，露出非绝缘材料后再进行试验，接地端子应有明显的标志；充电桩内部工作地与保护地应相互独立，应分别直接连接到接接地导体（铜排）上，不应在一个接地线中串接多个需要接地的电气装置。

（10）待机功耗试验

对于一机双充以下的交流充电桩，仅保留其后台通讯、状态指示灯等基本功能的状态，测量充电桩的待机功耗不应大于15 W。

（11）控制导引试验

按照GB/T 34657.1《电动汽车传导充电互操作性测试第1 部分：供电设备》规定的方法，检查交流充电桩的每个供电接口（连接方式B）或车辆接口（连接方式C）的控制导引功能应符合标准要求且相互独立。主要包括充电控制状态试验、充电连接控制时序试验、控制导引电压限值试验、保护接地导体连续性试验、控制导引信号异常试验、断开开关S2 再闭合试验、过流试验。

（12）噪声试验

噪声是各种频率和不同强度的杂乱声音的组合。考核交流充电桩在强噪声场中的工作性能和耐强噪声的能力，测定设备对强噪声的响应。

（13）机械强度试验

采用弹簧锤对电气设备进行撞击试验都可能产生机械应力。在严酷度条件下对交流充电桩实施撞击，可以评定交流充电桩的坚固度。

（14）防护试验

防护试验主要包括防尘试验、防水试验、防盐雾试验、防锈（防氧化）试验。防尘试验用来检测交流充电桩防止固体异物进入壳内的能力，防水试验用于检测设备防止由于水进入壳内对设备造成有害影响的能力。防盐雾试验用于提高充电桩内印刷线路板、接插件等关键部件的防盐雾能力，防锈（防氧化）试验用于要求充电桩铁质外壳、暴露的铁质支架、零件以及非铁质的金属外壳等代表性试样进行防锈处理。

（15）环境试验

环境试验主要包括低温试验、高温试验、交变湿热试验。环境试验的目的仅限于用来确定非车载充电机在低温、高温湿热环境下使用的能力。测试交流充电桩能否在低温、高温条件下放置足够长时间以达到温度稳定，以及在高湿度与温度循环变化组合以及表面产生凝露的条件下使用、运输和贮存的适应性。防止由于温度改变而对交流充电桩产生有害作用。

（16）电磁兼容性试验

电磁兼容性试验主要包括，浪涌（冲击）抗扰度试验、电快速瞬变脉冲群抗扰度试验、射频电磁场辐射抗扰度试验、静电放电抗扰度试验、辐射试验。

浪涌（冲击）抗扰度试验，用以找出充电机在规定的工作状态下时，对由开关或雷电作用所产生的有一定危害电平的浪涌(冲击)电压的反应。

电快速瞬变脉冲群抗扰度试验是为了评估交流充电桩的供电电源端口、信号、控制和接地端口在受到电快速瞬变（脉冲群）干扰时的性能。

射频电磁场辐射抗扰度试验，用以评估电磁辐射以某种方式对大多数电子设备的影响。

静电放电抗扰度试验，用以评估电动汽车交流充电桩遭受静电放电时的性能，以及人体靠近充电机可能发生的静电放电现象。

辐射试验避免交流充电桩影响无线电广播和电信业务，又可以允许其他设备在合理的距离处按预定的要求工作。

三、6.7.3 充电设备性能安全评价

1、全生命周期检测

全生命周期检测强调对充电设备全寿命发展过程实施持续不断、协调统一的检测，保证各个阶段的活动前后衔接，各个阶段决策的一致性，在满足功能性能指标需求的前提下，达到充电设备在全寿命周期内检测投入人力物力最优。适用于生命周期方法的研究对象必须符合两个条件，即具有生命的特征和存在的有限性。电动汽车充电设施就符合这两个条件，由此以电动汽车充电设施为研究对象，创新性地将全生命周期方法应用到电动汽车充电设施的检测中。

充电设备的全生命周期检测是指从设备的规划、论证、研发、量产、出厂、收货、投运、使用直到充电设备折旧后的淘汰或报废前的整个过程中对充电设备进行的全面合理的检测，建立统一的检测明细表，采用工作流的技术，将充电设备生命周期内各环节产生的数据流串起来，形成充电设备从研发到运维整个过程的闭环检测，动态调整每个充电设备的检测项目与需求，最终到达确保充电设备的质量与技术指标达标的目的。充电设备的全生命周期检测大体分为三个阶段：充电设备的前期检测、充电设备的中期检测、充电设备的后期检测。

（1）设备的前期检测。充电设备前期检测的内容主要包括设备研发阶段的检测与设备量产前的型式试验阶段检测，前期检测以技术上先进、经济上合理、生产上适用、产品满足检测标准为原则，充电设备前期检测的意义重大：①提高设备的投资效率，因为它在整个生命周期检测中投资比重最大；②决定了设备的质量和水平，确保设备的使用效率。

在研发中，对充电设备而言，在研发的检测中遵循电气性能、机械性能、安全性能等检测顺序，确保在型式检测前满足标准的要求；在型式检测中，要完成检测标准中的所有规定项目，而且指标满足标准要求。

（2）充电设备的中期检测。充电设备中期检测的内容包括出厂阶段检测与到货阶段检测。中期检测确保了充电设备在量产及运输过程中的质量技术达标，为将来设备的运行打下良好的基础。充电设备的量产过程中，势必会存在所生产设备的优劣之分，也会出现技术不达标的充电设备，出厂阶段检测的目标就在于剔除不满足技术指标的设备，保证出厂设备的合格率；设备在运输、拆卸过程中面临着各种挑战，导致到货时设备存在不合格情况，因此有必要对设备进行到货试验。

（3）充电设备的后期检测。充电设备后期检测即为设备安装使用阶段的检测，包括投运阶段的检测与运维阶段的检测。这期间的检测比较繁杂且时间跨度大，占充电设备全生命周期的大部分时间，是充电设备全生命周期检测的重要环节。后期检测确保了充电设备的正常运行，同时排除设备在运行期间具有安全方面隐患，因此在充电设备投运和运维阶段进行检测具有重大意义。正确的使用和维护、保养设备可使设备保持良好的状态，达到检测的各项技术指标，减少或防止突发性故障和非正常停运，使充电设备发挥最大效能，提高仪器设备的使用效率。

充电设备一旦报废，对充电设备进行检测即不具有意义，因此从生命周期该阶段开始不进行充电设备的检测。

充电设备生命全周期检测坚持检测思路的连贯性和一致性，不仅要注重充电设备的功能性检测，更要注重检测项目的规划与分配，通过对充电设备资源的合理规划，针对设备不同生命期间对检测项目进行有效合理的配置，这样不仅使充电设备满足了各阶段的性能要求，还避免了充电设备检测项目的重复性，减小了充电设备检测的成本，满足其经济性。

2、性能评价体系

建立充电设备性能评价体系是判别充电设备性能状态的有效方法，充电设备性能评价体系内的每一个评价指标都能够衡量被评价的充电设备的某一方面性能的优劣，因此所建立的性能评价体系的优劣会直接影响充电设备性能状态的判别结果的正确率。为了建立科学的充电设备性能评价体系，全方位反映被评价的充电设备的性能状态，性能评价体系的建立必须遵守完整性原则、科学性原则、客观性原则、可操作性原则、独立性原则、定性分析与定量分析相结合原则。

(1) 完整性原则。评价体系必须能够全面地对被评价对象进行综合评价。评价对象不同，所选择的评价指标就不同，必须根据评价对象的自身特点选择评价指标。但选择的评价指标不能过于单一，必须涵盖各个方面，要能够从不同的方面反映被评价对象的主要情况，从而建立一个有层次的指标系统，使评价体系成为一个有机整体。

(2) 科学性原则。为建立科学的评价指标体系，评价指标必须科学而客观地反映评价对象的各个方面的状况。任何评价都是围绕着评价目标而进行的，评价的科学性就要求评价者在一定的约束条件下，科学合理地衡量被评价对象，实现评价目标。评价指标的科学性表现为评价指标符合客观实际，符合已被实践证明的科学理论。

(3) 客观性原则。评价指标的选择要以客观事实为基础，不能主观臆断。在经过大量科学分析，相关资料文献查阅的基础上，建立层次分明的评价体系。充电设备的各个评价指标是在查阅现有的国内外相关标准及大量科学分析的基础上，并征询有关技术人员的意见后确定的。

(4) 可操作原则。评价指标应是可测量、可比较的，即可以对评价指标进行定性或定量测量，且同类指标可进行相互比较。选择的评价指标必须含义明确，相关数据资料容易获得，计算简单可行。

(5) 独立性原则。各个评价指标之间应尽可能相互独立，尽量避免出现重复考虑评价对象某一方面的情况，使评价体系简洁，降低评价指标的冗余程度，使评价结果更加准确而不失真。

(6) 定性分析与定量分析相结合原则。为全面反映被评价对象的情况，评价指标中应有定性指标与定量指标，并将定性指标量化，为采用定量评价的方法奠定基础。