從充電樁線(xiàn)纜失效模式談開(kāi)去

　　二、典型失效模式分析

　　1.電纜的扭曲鼓包

　　充電線(xiàn)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(zhù)材料的老化或者使用者操作不當，電纜上會(huì )產(chǎn)生部分區域出現鼓包現象，剖開(kāi)鼓包區域線(xiàn)纜可以發(fā)現絕緣線(xiàn)芯已經(jīng)錯位且有扭曲變相現象。雖然在外表皮絕緣護套未損壞的情況下，線(xiàn)纜存在鼓包并不會(huì )導致后續正常使用的安全問(wèn)題，但是由于內部線(xiàn)芯彎折錯位，使得線(xiàn)芯斷裂破損，導致線(xiàn)纜失效或是電阻值增大，產(chǎn)生過(guò)熱隱患等等。

　　圖 1 電纜扭曲鼓包

　　2.電纜的護套開(kāi)裂

　　充電線(xiàn)纜多為戶(hù)外設施，在長(cháng)久使用后，護套老化彎折磨損出現開(kāi)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(xiàn)纜介于成本原因多為T(mén)PE材料的絕緣護套，并非TPU材料，而此類(lèi)材料的絕緣護套在低溫環(huán)境下更容易失去線(xiàn)纜特有的“柔韌性”，變硬變脆，容易破裂，產(chǎn)生安全隱患。

　　圖 2 電纜護套開(kāi)裂

　　3.信號線(xiàn)斷線(xiàn)

　　在充電電纜中，由于主線(xiàn)芯與信號線(xiàn)芯界面差異過(guò)大，因此兩者彎曲時(shí)在承受相同表面張力的情況下，信號線(xiàn)芯往往更加容易出現斷線(xiàn)，導致充電過(guò)程中通訊阻斷，充電過(guò)程控制失效，引起過(guò)充、供電不足、防護裝置失效等一系列問(wèn)題，從而引發(fā)充電過(guò)程中的安全事故。此外，雖然相比于主線(xiàn)芯，信號線(xiàn)損壞更加容易，但是由于目前相關(guān)的標準并沒(méi)有對此要求監控檢測，缺少檢測裝置，往往信號線(xiàn)斷線(xiàn)導致的線(xiàn)纜失效問(wèn)題更難以察覺(jué)，更具隱藏性，在問(wèn)題發(fā)生后的排查難度也相對較大。

圖 3 電纜截面圖圖

圖 4 電纜信號線(xiàn)斷裂

　　以上三種常見(jiàn)的充電樁充電線(xiàn)纜失效模式，顯然信號線(xiàn)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，信號線(xiàn)相較于主線(xiàn)芯依然存在著(zhù)更高的損壞風(fēng)險。當充電線(xiàn)纜主線(xiàn)芯完好，信號通訊線(xiàn)纜已經(jīng)損壞的情況下，如果充電過(guò)程依然在進(jìn)行，控制器由于無(wú)法得到電池端反饋回來(lái)的電池狀態(tài)而不能正確的調配輸出功率，那么在已經(jīng)不受控制的充電過(guò)程中安全隱患是顯而易見(jiàn)的;其次，即使控制器在通訊信號斷開(kāi)時(shí)做出反應停止充電過(guò)程，那么在后續的問(wèn)題排查過(guò)程中，依然需要再次檢測信號線(xiàn)來(lái)確定是否信號線(xiàn)斷裂是電纜失效的問(wèn)題點(diǎn)。這一步驟完全可以并到控制器應對信號線(xiàn)斷裂采取措施的過(guò)程中確定，通過(guò)在電動(dòng)車(chē)充電過(guò)程中添加通訊信號檢測，實(shí)現這一功能。

　　三、通訊信號檢測必要性分析

　　上訴兩點(diǎn)問(wèn)題，都可以通過(guò)在電動(dòng)車(chē)充電過(guò)程中添加通訊信號檢測，能有得到有效解決和緩解。那么就會(huì )有人問(wèn):”導致充電過(guò)程異常停止的因素除開(kāi)信號線(xiàn)斷裂還有很多種，為什么偏偏只提加信號線(xiàn)檢測?”

　　首先，綜上所述，由于信號線(xiàn)損壞而導致充電線(xiàn)纜失效的觸發(fā)率相對于其他失效因素偏高，在此種失效模式下，無(wú)論是充電過(guò)程仍舊繼續還是被切斷，添加信號線(xiàn)檢測都能得到相應的益處。前者可以得到通訊中斷的反饋信息，從而終止充電過(guò)程，保障安全，后者能夠讓排查工作減少一部分內容，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，目前的國家標準中，關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)傳導式充電相關(guān)標準文案里，確實(shí)沒(méi)有要求對充電過(guò)程中的通訊信號進(jìn)行檢測。這只是基于德凱這次論壇會(huì )議內容而延伸出的一個(gè)討論。從新能源汽車(chē)充電這一現象，可以延伸到很多其他類(lèi)似的場(chǎng)景，尤其在一些大型的應用場(chǎng)景下，例如工業(yè)生產(chǎn)中的電機機床控制和保護，交通系統的指示燈信號燈控制和巡檢、礦場(chǎng)油田等其他需要長(cháng)距離拉線(xiàn)供電控制的應用場(chǎng)景，加入信號線(xiàn)檢測，不僅可以及時(shí)的反饋出控制通訊端出現的問(wèn)題，而且還能能大大的縮減問(wèn)題出現后排查的工作量。

　　圖 5 信號線(xiàn)檢測可開(kāi)發(fā)方向

　　四、通訊信號檢測方案分析

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

　　當前較為普遍的低成本小電流檢測方案主要有以下四種：

　　1. 電阻分流，顧名思義，通過(guò)串電阻的方式來(lái)檢測電流，但是此方案非隔離，目前信號線(xiàn)檢測的發(fā)展更有可能是在原有系統上做一個(gè)升級，因此該方案適用性不大。

　　2. 電流互感器，通過(guò)電磁感來(lái)檢測交流電流，但是由于通信信號多為直流信號，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(xiàn)性度，交直流都能檢測，價(jià)格低廉，并且在實(shí)際應用中，信號線(xiàn)檢測多數情況下只需要檢測信號線(xiàn)是否正常，不需要檢測通訊信號大小，所以霍爾電流傳感器在此應用下有非常強的適用性。

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

　　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(mén)原理的隔離型電流傳感器，相對與其他電流檢測方案，更加適用于通訊信號檢測。