某型直流充电桩充电枪解锁电路优化_黄灿锋.pdf

某型直流充电桩充电枪解锁电路优化黄灿锋,王知宇,黄峰铭(泉州亿兴电力工程建设有限公司,福建 泉州3 6 2 0 0 0)摘 要:充电枪作为新能源汽车充电的重要设施,其自身的可靠性、安全性十分重要。对某型直流充电桩充电枪的枪锁故障原因进行分析,通过对充电枪的解锁电路进行优化设计,很好地解决了枪锁发生故障后无法解锁的问题,提高了用户的使用体验,减少了运维工作量和运维时间,大大降低了充电桩的运维成本。改造后的充电枪具有广阔的市场推广前景和极高的商业应用价值。关键词:新能源汽车;充电桩;充电枪;枪锁故障中图分类号:TM 9 1 0.6 D O I:1 0.1 9 7 6 8/j.c n k i.d g j s.2 0 2 3.0 2.0 3 9O p t i m i z a t i o no fU n l o c k i n gC i r c u i t o faD CC h a r g i n gP i l eC h a r g i n gG u nHUAN GC a n f e n g,WAN GZ h i y u,HUAN GF e n g m i n g(Q u a n z h o uY i x i n gE l e c t r i cP o w e rE n g i n e e r i n gC o n s t r u c t i o nC o.,L t d.,Q u a n z h o u3 6 2 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:A sa n i m p o r t a n t f a c i l i t yf o rn e we n e r g yv e h i c l ec h a r g i n g,t h er e l i a b i l i t ya n ds a f e t yo f c h a r g i n gg u n i sv e r y i m-p o r t a n t.T h ec a u s eo f g u n l o c k f a i l u r eo f a c e r t a i n t y p eo fD Cc h a r g i n gp i l e c h a r g i n gg u n i s a n a l y z e d.B yo p t i m i z i n g t h eu n-l o c k i n gc i r c u i to f t h e c h a r g i n gg u n,t h ep r o b l e mt h a t t h eg u n l o c kc a n n o tb eu n l o c k e da f t e r f a i l u r e i sw e l l s o l v e d,t h eu s e re x p e r i e n c e i s i m p r o v e d,t h eo p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c ew o r k l o a da n do p e r a t i o nt i m ea r er e d u c e d,a n dt h eo p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c ec o s to f t h ec h a r g i n gp i l e i sg r e a t l yr e d u c e d.T h i sh a sb r o a dm a r k e tp r o m o t i o np r o s p e c t sa n dh i g hc o mm e r c i a la p p l i c a t i o nv a l u e.K e yw o r d s:n e we n e r g yv e h i c l e s;c h a r g i n gp i l e;c h a r g i n gg u n;g u n l o c kf a i l u r e收稿日期:2 0 2 2-0 5-0 7作者简介:黄灿锋(1 9 8 4-),从事电气电子产品研发工作。0引言近几年的新能源汽车发展速度有目共睹,目前我国的新能源汽车已经成为世界领先行业之一。大力发展新能源交通工具,能够提高能源利用率,减少汽车尾气排放量,对于早日实现“碳中和”目标具有重要意义1。新能源汽车中约有9 0%为电动汽车,充电设备作为其电能补给设备,是其发展的重要基础设施。与此同时,充电设备不足也成了制约电动汽车快速发展的最大短板2。充电桩兴起的时间较短,许多功能还不够完善,用户体验不够好,直接影响电动汽车的快速普及。1充电桩的建设状况中汽协及充电联盟数据显示,2 0 2 1年底全国的新能源汽车数量为7 0 0多万辆,同比增长6 0%左右;全国的充电基础设施数量达2 6 0多万台,同比增长5 5%左右,快速增长的新能源汽车市场加大了对充电基础设施的需求。在2 0 1 9年 发 布 的 新 能 源 汽 车 产 业 发 展 规 划(2 0 2 12 0 3 5)中明确指出,到2 0 2 5年,新能源汽车的新车销售占比将达到2 5%左右3。新能源汽车保有量的快速增长,将促进充电基础设施的市场需求进一步扩张。截至2 0 2 0年底,福建省共建设电动汽车充电站2 7 0 0多座、换电站1 7座,累计建成公共、专用及私人充电桩5万余个,全省电动车与充电桩比约为21。其中,国网福建省电力有限公司通过已建成的“三纵八横”高速公路的快速充电网络,逐步实现快速充电网络对全省各区域的全覆盖,累计建设充电桩6.2多万台。大量的充电基础设施的建成,极大地促进了福建省电动汽车的普及。2目前充电桩的枪锁存在的问题2.1充电连接器的锁止装置作用为了实现快速补电,目前电动汽车使用的充电设备,尤其是直流充电设备,充电功率大、电压高,具有一定的危险性。为了确保充电过程安全,根据G B/T2 0 2 3 4.3-2 0 1 5 电动汽车传导充电用连接装置第三部分:直流充电接口4和Q/G DW1 2 3 3-2 0 1 4 电动汽车非车载充电机通用要求5的规定,充电桩在使用过程中需强制闭锁充电连接器和汽车充电接口间的连接,以防止充电连接器意外脱落,避免误拔带电设备造成人员伤害和设备损坏。充电连接 器 的 锁 止 装 置 处 于 锁 止 状 态 时 的 结 构 图 如 图1所示。331电力设备 电工技术 图1充电连接器的锁止装置结构图2.2充电连接器锁止装置存在的问题目前,充电枪和电动汽车间的闭锁装置设计还不够完善,常会因“枪-车”配合不当、控制逻辑故障、充电枪机械锁联动电磁开关卡涩等问题导致无法及时解锁,造成充电枪无法及时与车分离,严重影响用户的正常使用。虽然充电枪设有应急解锁装置,但充电枪类型繁多,需要用户先找到充电枪上的解锁口,用小螺丝刀插入解锁口位置往枪头方向拨动。该操作不易,且经常造成应急解锁装置损坏。枪锁一旦损坏,往往只能更换整根充电枪,造成严重的经济损失。以高速某服务区充电站为例,当发生充电枪锁枪故障后,用户一般会先拨打充电桩服务商的服务电话求助,负责该充电站维护的技术人员在接到通知后会第一时间赶到现场处理,但整个过程需要耗时12h,造成严重的时间浪费,若用户因时间紧迫或其他原因选择强制拔枪,则会导致充电桩损坏,造成充电桩维护成本和维护人员工作量增加。据不完全统计,在夏季用电高峰期,每个高速服务区充电站锁枪故障可达2 0次/月以上,既造成用户体验差以及大量的人力物力浪费,又影响了服务商企业形象,因此解决此类问题刻不容缓。3充电枪解锁电路的优化设计分析高速公路部分服务区充电站的充电枪枪锁无法解锁的原因,发现9 0%以上是充电枪机械锁联动电磁开关卡涩,导致联动电磁开关无法弹回。通过试验发现,当充电枪机械锁的联动电磁开关由于卡涩原因无法自动弹回时,只需对联动电磁开关再进行一次上电、断电操作,就能解决问题。3.1充电枪解锁装置改进前原理及存在的问题如图2所示,充电设备启动并进入充电状态的过程中,K 1充电控制开关动作,为系统其他单元发送充电启 图2修改前原理图动信号,同时K 1 1枪锁控制开关触点闭合,J C 3电子锁控制继电器动作,电子锁电路带电,充电枪机械锁的联动电磁开关吸合顶住机械锁钩,达到锁止充电枪的目的;充电结束后,K 1 1触点断开,J C 3继电器失电,其常开触点断开,电子锁回路断电,充电枪机械锁的联动电磁开关因失电而自动弹回,电子锁解锁,此时充电枪可以与充电车辆分离。3.2充电枪解锁装置改进方法如图3所示,在原解锁方案的基础上增加一条手动解锁回路,当充电结束后,若充电枪枪锁未正常解锁,则可通过手动操作按钮,在按钮释放时激发充电枪枪锁解锁一次。为了防止手动解锁开关在充电过程中被误操作,在回路中串联充电输出继电器J C 1的常闭触点,充电时该触点为断开状态,此时按下解锁按钮,回路不会导通;为了保证该手动解锁功能在充电结束并结算后使用,将该回路并联在解锁触点K 1 1处,只有结算完成,K 1 1才会断开,枪锁才能解锁。图3修改后原理图3.3实施方案确定改造方案后,选用带一组常开触点的带灯按钮替换原设备的红色故障指示灯,根据方案图纸连接按钮和继电器。改造前后充电桩界面效果如图4、图5所示。图4改造前 图5改造后现场测试,操作充电桩启动充电,充电枪自动加锁;充电过程中,操作解锁按钮,充电枪未发生解锁,充电正常,系统无故障码出现,充电结束,充电枪自动解锁;再次重复充电的整个过程,同时模拟发生充电枪解锁故障,在充电完成后阻止充电枪自动解锁,枪与车无法正常分离,此时操作解锁按钮,充电枪解锁成功,枪与车正常分离,说明该改造达到预期的目标,改造成功。(下转第1 3 7页)431电工技术 电力设备 各通风机组内碘吸附器活性炭吸附效率变化曲线,如图2所示。图2各通风机组内碘吸附器活性炭吸附效率变化曲线由图2可知,除去系统3与系统2,系统1和系统4内部碘吸附器活性炭在两个燃料周期内并未出现较大的性能恶化,其活性炭吸附效率在核电厂两个燃料循环内略有下降或基本维持不变。但系统3与系统2内部碘吸附器活性炭却出现了显著的性能下降。同时根据现场周期试验及核电厂系统投运情况统计可知,系统3与系统2碘吸附器活性炭性能老化的原因也不相同。系统3活性炭老化的原因在于其在多个燃料循环内多次投用,除去定期试验外,人员每次进入控制区时该机组也会投入运行,因此活性炭中的浸渍剂已有部分与放射性气体发生反应。随着运行时间的增加,碘吸附器中活性炭的活性浸渍剂逐渐被消耗,其碘吸附器的吸附效率也逐渐降低。而对于系统2,该通风系统在电厂调试运行期间就已经投用,距离正式试验在时间跨度上已有5年以上,且该系统中碘吸附器活性炭的总量较少,该系统只有在定期试验时才会投入使用。根据现场试验和试验室活性炭试验分析,该通风系统内部活性炭属于自然老化。由图2也可以看出,在系统2两个通风机组中,其第一次试验跟第二次试验活性炭吸附效率在同时期样品中均属较低水平。由于系统1与系统4只在定期试验时才会投入使用,安装年限又较短,因此其碘吸附器内活性炭并未发生明显性能老化现象。4结语核电厂通风净化机组碘吸附器作为阻止厂内放射性气体排向大气的最后一道屏障,在核电厂多工况运行中起着至关重要的作用,因此关注碘吸附器内部活性炭性能的优劣及其在运行中的老化状况也显得尤为重要。针对国内某核电厂两个换料周期内不同通风净化机组内部碘吸附器活性炭性能变化的追踪试验,可得到以下结论。(1)在核电厂各个通风净化机组中,因为各机组位置不同、功能不同,其使用状况也不尽相同,所以其内部碘吸附器活性炭性能变化及寿命也有所不同。(2)对于系统1,系统2与系统4,其内部碘吸附器活性炭基本属于自然老化,碘吸附器内部浸渍活性炭性能会随着时间的增长而慢慢降低。特别是系统2,对其现场试验及内部碘吸附器活性炭进行试验分析,如果安装时间较久远且较长时间未进行活性炭性能试验验证(特别是电厂调试至首次并网之前),就可能存在活性炭吸附效率低于验收标准的风险。(3)对于系统3,其内部碘吸附器在电厂正式运行以后使用频繁,其内部活性炭损耗较为严重,活性炭寿命相对于其他通风系统更短,应着重关注,提前预判,防止出现活性炭吸附效率低于验收标准的情况。参考文献1 白云生.核电“十四五”及中长期发展建议J.电力设备管理,2 0 2 0(8):2 0-2 2.2 陈晓飞,管正刚,冯利法.氟利昂法碘吸附器过滤效率试验技术研究J.设备管理与维修,2 0 2 1(9):3.3 沈秋月.活性炭吸附VO C s及其脱附规律的研究D.上海:同济大学,2 0 0 7.4E J/T2 0 0 5 6-2 0 1 4核级活性炭去除甲基碘性能试验方法S.5Am e r i c a nN a t i o n a lS t a n d a r d.S t a n d a r dt e s tm e t h o df o rn u c l e-a r-g r a d ea c t i v a t e dc a r b o n:A S TMd e s i g n a t i o n:D 3 8 0 3-9 1(R e-a p p r o v e d2 0 1 4)S.(上接第1 3 4页)4结语本文针对某型直流充电桩充电枪解锁装置缺陷进行改造,试验和现场测试表明改造后的充电枪使用正常,未再出现因解锁装置故障而发生的“车-枪”不能分离情况。此改造方案工作量小、操作性强、改造费用低,不仅可以提高设备的可靠性、利用率,而且可以防止人为操作不当造成的充电枪设备损坏,降低运维成本,因而具有很好的应用前景和极高的社会价值。参考文献1 赵智昊.基于用户使用体验的电动车充电设备设计研究D.石家庄:河北科技大学,2 0 2 0.2 魏兵兵.探讨如何解决电动汽车充电桩充电技术难题J.中国设备工程,2 0 2 0(9):2 4 3-2 4 4.3 中国产业研究院.“新基建”2 0 2 0年中国充电桩行业市场前景及投资机会研究报告J.电器工业,2 0 2 0(5):1-1 4.4G B/T2 0 2 3 4.3-2 0 1 5电动汽车传导充电用连接装置第三部分:直流充电接口S.5Q/G DW1 2 3 3-2 0 1 4电动汽车非车载充电机通用要求S.731电力设备 电工技术