從充電樁線纜失效模式談開去

　　二、典型失效模式分析

　　1.電纜的扭曲鼓包

　　充電線纜在使用時(shí)不可避免的會(huì)被扭曲彎折拖動(dòng)，久而久之，隨著材料的老化或者使用者操作不當(dāng)，電纜上會(huì)產(chǎn)生部分區(qū)域出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象，剖開鼓包區(qū)域線纜可以發(fā)現(xiàn)絕緣線芯已經(jīng)錯(cuò)位且有扭曲變相現(xiàn)象。雖然在外表皮絕緣護(hù)套未損壞的情況下，線纜存在鼓包并不會(huì)導(dǎo)致后續(xù)正常使用的安全問題，但是由于內(nèi)部線芯彎折錯(cuò)位，使得線芯斷裂破損，導(dǎo)致線纜失效或是電阻值增大，產(chǎn)生過熱隱患等等。

　　圖 1 電纜扭曲鼓包

　　2.電纜的護(hù)套開裂

　　充電線纜多為戶外設(shè)施，在長(zhǎng)久使用后，護(hù)套老化彎折磨損出現(xiàn)開裂，這種情況主要集中在大截面的電纜上。此外，市場(chǎng)上的充電線纜介于成本原因多為TPE材料的絕緣護(hù)套，并非TPU材料，而此類材料的絕緣護(hù)套在低溫環(huán)境下更容易失去線纜特有的“柔韌性”，變硬變脆，容易破裂，產(chǎn)生安全隱患。

　　圖 2 電纜護(hù)套開裂

　　3.信號(hào)線斷線

　　在充電電纜中，由于主線芯與信號(hào)線芯界面差異過大，因此兩者彎曲時(shí)在承受相同表面張力的情況下，信號(hào)線芯往往更加容易出現(xiàn)斷線，導(dǎo)致充電過程中通訊阻斷，充電過程控制失效，引起過充、供電不足、防護(hù)裝置失效等一系列問題，從而引發(fā)充電過程中的安全事故。此外，雖然相比于主線芯，信號(hào)線損壞更加容易，但是由于目前相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)并沒有對(duì)此要求監(jiān)控檢測(cè)，缺少檢測(cè)裝置，往往信號(hào)線斷線導(dǎo)致的線纜失效問題更難以察覺，更具隱藏性，在問題發(fā)生后的排查難度也相對(duì)較大。

圖 3 電纜截面圖圖

圖 4 電纜信號(hào)線斷裂

　　以上三種常見的充電樁充電線纜失效模式，顯然信號(hào)線斷裂相比其他兩種更具隱藏性與頻發(fā)性，即使在模式1與模式2的情況下，信號(hào)線相較于主線芯依然存在著更高的損壞風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)充電線纜主線芯完好，信號(hào)通訊線纜已經(jīng)損壞的情況下，如果充電過程依然在進(jìn)行，控制器由于無法得到電池端反饋回來的電池狀態(tài)而不能正確的調(diào)配輸出功率，那么在已經(jīng)不受控制的充電過程中安全隱患是顯而易見的;其次，即使控制器在通訊信號(hào)斷開時(shí)做出反應(yīng)停止充電過程，那么在后續(xù)的問題排查過程中，依然需要再次檢測(cè)信號(hào)線來確定是否信號(hào)線斷裂是電纜失效的問題點(diǎn)。這一步驟完全可以并到控制器應(yīng)對(duì)信號(hào)線斷裂采取措施的過程中確定，通過在電動(dòng)車充電過程中添加通訊信號(hào)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)這一功能。

　　三、通訊信號(hào)檢測(cè)必要性分析

　　上訴兩點(diǎn)問題，都可以通過在電動(dòng)車充電過程中添加通訊信號(hào)檢測(cè)，能有得到有效解決和緩解。那么就會(huì)有人問:”導(dǎo)致充電過程異常停止的因素除開信號(hào)線斷裂還有很多種，為什么偏偏只提加信號(hào)線檢測(cè)?”

　　首先，綜上所述，由于信號(hào)線損壞而導(dǎo)致充電線纜失效的觸發(fā)率相對(duì)于其他失效因素偏高，在此種失效模式下，無論是充電過程仍舊繼續(xù)還是被切斷，添加信號(hào)線檢測(cè)都能得到相應(yīng)的益處。前者可以得到通訊中斷的反饋信息，從而終止充電過程，保障安全，后者能夠讓排查工作減少一部分內(nèi)容，并且由于此因素的高觸發(fā)率，也能大概率的讓排查工作一步到位。

　　其次，目前的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于電動(dòng)汽車傳導(dǎo)式充電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文案里，確實(shí)沒有要求對(duì)充電過程中的通訊信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。這只是基于德凱這次論壇會(huì)議內(nèi)容而延伸出的一個(gè)討論。從新能源汽車充電這一現(xiàn)象，可以延伸到很多其他類似的場(chǎng)景，尤其在一些大型的應(yīng)用場(chǎng)景下，例如工業(yè)生產(chǎn)中的電機(jī)機(jī)床控制和保護(hù)，交通系統(tǒng)的指示燈信號(hào)燈控制和巡檢、礦場(chǎng)油田等其他需要長(zhǎng)距離拉線供電控制的應(yīng)用場(chǎng)景，加入信號(hào)線檢測(cè)，不僅可以及時(shí)的反饋出控制通訊端出現(xiàn)的問題，而且還能能大大的縮減問題出現(xiàn)后排查的工作量。

　　圖 5 信號(hào)線檢測(cè)可開發(fā)方向

　　四、通訊信號(hào)檢測(cè)方案分析

　　目前，常見的通訊控制信號(hào)，多為小電流信號(hào)，范圍在0～20mA、0～30V之間。因此，控制信號(hào)的監(jiān)測(cè)，莫種程度上就是電流信號(hào)的監(jiān)測(cè)。

　　當(dāng)前較為普遍的低成本小電流檢測(cè)方案主要有以下四種：

　　1. 電阻分流，顧名思義，通過串電阻的方式來檢測(cè)電流，但是此方案非隔離，目前信號(hào)線檢測(cè)的發(fā)展更有可能是在原有系統(tǒng)上做一個(gè)升級(jí)，因此該方案適用性不大。

　　2. 電流互感器，通過電磁感來檢測(cè)交流電流，但是由于通信信號(hào)多為直流信號(hào)，因此此方案也不適用。

　　3. 霍爾電流傳感器，隔離方案，高精度，高線性度，交直流都能檢測(cè)，價(jià)格低廉，并且在實(shí)際應(yīng)用中，信號(hào)線檢測(cè)多數(shù)情況下只需要檢測(cè)信號(hào)線是否正常，不需要檢測(cè)通訊信號(hào)大小，所以霍爾電流傳感器在此應(yīng)用下有非常強(qiáng)的適用性。

　　4. 磁通門電流傳感器，隔離方案，相較于霍爾，具有更高的精度線性度，同樣交直流都能檢測(cè)，但是價(jià)格相較霍爾略高。因此在信號(hào)檢測(cè)應(yīng)用中，針對(duì)于小信號(hào)，亦或是需要檢測(cè)通訊信號(hào)大小值的場(chǎng)景下，磁通門電流傳感具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　綜上所述，從性能、適用性、成本三方面總和考慮，基于霍爾原理以及磁通門原理的隔離型電流傳感器，相對(duì)與其他電流檢測(cè)方案，更加適用于通訊信號(hào)檢測(cè)。