汽车充电桩质检拷问业界良心,技术难不过人心

2019-08-27 14:06:58 来源:EEFOCUS
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电动汽车是我国战略性新兴产业,对提高我国能源安全、应对气候变化、改善环境质量起着重要作用。随着国家和各级政府的大力推广,截至2019年6月,全国新能源汽车保有量达344万辆,占汽车总量的1.37%,其中纯电动汽车保有量达281万辆,占新能源汽车总量的81.74%。根据国家“十三五”规划,到2020年国内新能源汽车累计产量达到500万辆。在2019世界新能源汽车大会上,与会各方也达成了共识,将加快新技术的市场导入与推广普及,力争到2035年全球新能源汽车的市场份额达到50%,全球汽车产业基本实现电动化转型。

 


就像燃油汽车需要加油一样,电动汽车需要充电才能有动力源,因此,充电桩是电动车生态链中不可缺少的一部分。要让更多的用户接受新能源汽车,就一定要有便利的充电设施。近年来,党中央国务院不断加大对充电桩等基础设施的政策支持,截至2019年6月,全国充电桩总计保有量超过100万台,预计到2020年,集中式充换电站发展到1.2万座,分散式充电桩达到450万个。

 


汽车充电桩长什么样? 

 


汽车充电桩一般可分为交流充电桩直流充电桩两种,交流充电桩就是我们常说的慢充,直流充电桩则相应的就是快充,无论是快充还是慢充,为了提高充电功率,降低损耗,其充电电压普遍高于220V(国标规定不超过1000VAC或1500VDC)。


具体的充电桩设备按照输出电压分可分为:


交流:单相220V,三相380V;


直流:200V~500V,350V~700V,500V~950V;


直流充电电流优选值:80A,100A,125A,160A,200A,250A。


慢充一般是利用电动汽车自带的充电系统进行充电,慢充对电池影响小,充电量足,同时慢充电桩的建设比较简单,只需要提供交流供电电源即可,因此建设成本低,可以控制在几千块钱的范围内。不过慢充时间上相对较长,一次充电要花上8~10个小时才能充满。慢充虽然有着易受电网波动干扰、安全系数不高的缺点,但它易于大面积安装、价格低廉,因此比较适合安装在小区和停车场。


相比慢充,快充的设备就会复杂很多,因此制造、运输和安装等建设成本都会相应提高,需要10万元左右。快充充电电流一般要达到150~300A,因此充电时间短,只要30分钟就能将电池充到80%的电量,充到80%后充电速度会明显降低,这是为了提高电池的充电安全系数。快充一般安装在高速公路服务区、公交场站、路边临时停车等短时间停留的场所。  

 


直流充电桩内部结构图


充电桩行业鱼龙混杂


面对如此大的市场需求,越来越多的企业投入到充电桩的研发、生产、安装产业中,从2014年的初露锋芒,到2019年的初具规模,在这五年时间中,有不少企业从一个压根不搭边的领域跨越而来,因此对产业链、规范、技术的解读都会存在偏差、不到位的现象。


梳理近年来电动汽车安全事故发生的场景,主要分为:充电自燃、行驶自燃、碰撞自燃、浸泡自燃和停车自燃等,其中充电自燃事故占比最高,而导致充电自燃事故的主要原因是充电桩和电池的质量问题而导致的热失控。


除了充电自燃事故,充电桩最大的安全隐患就是触电风险,一旦发生事故就可能在2~3秒内导致人员的残疾或死亡。 

 


超七成充电桩都存在严重安全质量隐患


央视《每周质量报告》栏目报道:广东产品质量监督检验研究院首次公布了电动汽车充电桩产品风险监测结果,结果显示70%的样品存在安全隐患。这次风险监测共采集9家生产企业的10批次电动汽车充电桩产品,其中7批次不符合国标要求。风险监测发现,样品有四个项目不符合国标要求,容易起火、导致使用者触电,其中有1批次样品3个检测项目项均不符合国标,安全风险较大。问题的主要表现形式是该接地的不接地,故障时没有警示等。


为什么充电桩会这么危险呢?我们还能继续使用充电桩吗?下面从规范技术利益的角度来剖析问题根源之所在。


规范不完善


由于国内充电桩行业兴起较晚,因此缺乏像CCC这种强制性的国家标准来规范该行业的发展,目前仅有推荐性标准(T代表推荐的意思)可供这些制造商们参考:


1.国家标准:


GB/T 18487.1-2015《电动车辆传导充电系统一般要求》
GB/T 20234.1-2015 《电动汽车传导充电用连接装置 通用要求》
GB/T 20234.2-2015 《电动汽车传导充电用连接装置 交流充电接口》
GB/T 20234.3-2015 《电动汽车传导充电用连接装置 直流充电接口》
GB/T 27930-2015 《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》
GB 电动汽车传导充电互操作性测试规范(意见征求稿)
GB 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(意见征求稿)


2.行业标准(能源局标准)


NBT 33001-2010 电动汽车非车载传导式充电机技术条件
NBT 33008.1-2013 电动汽车充电设备检验试验规范 第一部分非车载充电机


3.企业标准(国家电网标准)


QGDW 1233-2014 电动汽车非车载充电机通用要求
QGDW 1591-2014 电动汽车非车载充电机检验技术规范


虽然国内已经有相应的国标、行标和企标可供参考,但是这种产品质量完全依赖于各个厂商的能力与自觉性的生产经营现状带来的是鱼龙混杂、良莠不齐的市场,消费者们好像被玩弄在股掌之间,因为他们并不能分辨什么是好的,什么是差的,什么样的存在安全隐患。下面举几个简而易懂的例子:


小小螺丝钉(报道中的充电桩螺丝锈蚀严重)


不是内行人压根分不清它的材质是304不锈钢、201不锈钢还是镀镍含铁,因为他们的外形和色泽几乎没有区别,不用化学试剂试验,进用肉眼分辨的概率微乎其微。


箱体防护等级(报道中的充电桩内部布满水珠)


所谓防护等级指的是防水、防尘等级,户外的产品防护等级至少为IPX5,也就是任何角度低压喷射不会有水进入箱体内部的意思。当然由于充电桩是一种高压设备,为了安全考量,最好的是要达到防凝露的密封等级IP67以上(考虑到散热,会降低防护等级)。请问谁能一眼看出这么专业性的结果来?


接地电阻(报道中充电桩的裸露金属没有良好接地)


根据推荐性国标对接地要求的规范,我们可以知道充电桩的壳体、门锁屏蔽挡板、固定线缆与螺栓都需要进行良好的接地(充电站电气设备的工作接地、保护接地、防雷接地宜共用一套接地装置。接地装置的接),一旦出现漏电等情况,就会通过接地线导入大地,降低人员触电的风险的同时可以减少浪涌、快速脉冲群等干扰信号对设备的破坏。


故障报警(报道中的充电桩在绝缘电阻检测不良率超过50%时仍未启动故障警示)


故障检测与报警是国标要求的基本功能,目的是防范设备故障时带来人身危险,同时提醒维护人员及时进行检修工作。但是这项功能是否达标是需要用专业的检测仪器才能进行辨别的,电动车车主没有工具,也没有精力去对每一个充电桩进行检测、鉴定。


充电枪电子锁(报道中的充电桩电子锁并没有启用,随便一人都可在充电过程中拔下)


充电枪电子锁是一种用来监测充电状态的装置,本身是一种安全装置,在有高压输出的时候锁住不允许随意插拔,只有当充电结束,不再有高压输出才会解锁,充电人员方可拔出。如果电子锁失去作用,又不小心拔出枪体,那么普通的操作人员基本不会意识到枪头处有高压,一旦触摸就会发生严重的触电事故。


举了这么多例子,大家应该知道有一个强制的国家标准是多么重要,希望政府相关部门抓紧时间,尽快推出相应法规,保障行业的健康发展,人民的生命财产安全!


是技术壁垒,还是利益在作祟?


目前充电桩行业存在的技术难题有以下几个方面:


1.充电功率与散热问题
随着大功率IGBT等大功率器件难点的突破,充电桩的充电功率也得到了提升,也就意味着可以用更短的时间将电池充满,随之而来的是充电过程中的散热问题越发突出。


为了直观的给大家了解充电桩充电过程中产生的热量有多大?我们以功率为60kW的充电桩为例,市面上直流充电桩的效率普遍在95%左右,也就是说有5%的电量转化为了热量,仅一台充电桩的热损耗就有60000W*5%=3000W,是不是没什么概念?那我们来做个对比,目前一只普通白炽灯的功率为25W,那么3000W/25W=120,也就是说一台充电桩的散热所耗的能量相当于120只普通白炽灯同时点亮的耗电量。


了解了这个,我们再来看充电桩发热问题,当汽车供应商和充电桩供应商在追求充电速度的时候,充电桩电感模块和电源模块等元器件会产生大量的热量,若不及时散出,不但会使充电效率降低,还会引发严重的安全隐患,比如自燃。而目前解决散热的方法基本是靠风扇散热,散热能力有限的同时,会带来灰尘和湿气带来的危害,加重售后维护工作。

 


2.EMC等级(可靠性与安全性)


电磁兼容(Electromagnetic Compatibility,简称EMC),是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作,且不对该环境中任何事物产生无法忍受的电磁干扰的能力。绝缘电阻、静电干扰、浪涌、脉冲群等都是其中重要的组成部分,一旦电磁兼容等级不够,就会带来设备打死或人员触电等风险。一个从事充电桩研发生产的专业公司可以生产出满足EMC等级的产品,但是这些性能指标相关的材料、元器件会随着时间和环境因素而改变,因此如何从技术的角度来保质也是面临的一大问题。

 


3.产品测试与一致性问题


受限于生产条线设备的落后,在样品技术参数达标的情况下,却不能生产出与样品性能一致的批量产品来,这不仅是汽车充电桩行业存在的问题,也是整个制造行业面临的最大的挑战。


4.管理监控网络部署问题


在前期规划的时候没有进行统一、完善的网络监控部署,同时也受限于物联网发展阶段的局限性,对于已安装的设备监控没有达到预期的效果,目前使用的方案是通过app来补充这块缺陷。


对于充电桩企业来说,出现超七成不合格的现象原因难道只是因为存在技术壁垒吗?


绝对不是,占比更大的是利益驱使

 


1.研发环节


在研发过程中,那些只顾追着利益的企业家们会通过减少保护模块、使用安全性能地下的简化设计方案来降低设备的成本。比如明知道绝缘电阻测试不通过,却依旧使用原方案,不愿意增加器件来改善性能,这就是为了“省钱”,企业家们笃定用户不会知道内部构造情况而在用别人的生命财产安全“冒险”。


2.生产制造环节


在生产制造过程中,工程师们给的样品和方案到了生产部、交付中心,往往会大打折扣,这其中就涉及到原材料的进价问题,比如按照样品制作和测试要求,需要使用304不锈钢的结构,而到了批量采购环节就会变成201不锈钢,甚至是铁皮镀镍,这样生产出来的设备怎么能防雨淋、耐腐蚀?


3.施工维护环节


在施工过程中施工商们为了降低成本,会采取“改变供电、接地体、通信线缆的材质,给线缆瘦身”等方案,而这带来的便是设备馈电、雷雨天气易损毁和操作人员触电等问题。


关于维护环节,目前的设备运营商们做的还远远不够,存在检修人员配备不足的情况,用户反馈的问题往往要脱拉很久都得不到解决。


守住安全底线

 


企业在追逐利益的同时要守住其道德底线,从充电速度、安全性、成本等多方面下手,把住充电桩的基本指标,寻求平衡发展,而不是极力追求某一指标。如果单纯为了降低成本,但是以牺牲安全性为代价,这对企业来说会进入一种不可持续发展的恶态。

 

 

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作者简介
夏珍
夏珍

与非网资深行业分析师。通信专业出身,从事电子研发数余载,擅长从工程师的角度洞悉电子行业发展动态,欢迎交流。

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