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

　　充電線纜在使用時不可避免的會被扭曲彎折拖動，久而久之，隨著材料的老化或者使用者操作不當，電纜上會產生部分區域出現鼓包現象，剖開鼓包區域線纜可以發現絕緣線芯已經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，線纜存在鼓包并不會導致后續正常使用的安全問題，但是由于內部線芯彎折錯位，使得線芯斷裂破損，導致線纜失效或是電阻值增大，產生過熱隱患等等。

　　圖 1 電纜扭曲鼓包

　　2.電纜的護套開裂

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

　　圖 2 電纜護套開裂

　　3.信號線斷線

　　在充電電纜中，由于主線芯與信號線芯界面差異過大，因此兩者彎曲時在承受相同表面張力的情況下，信號線芯往往更加容易出現斷線，導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、防護裝置失效等一系列問題，從而引發充電過程中的安全事故。此外，雖然相比于主線芯，信號線損壞更加容易，但是由于目前相關的標準并沒有對此要求監控檢測，缺少檢測裝置，往往信號線斷線導致的線纜失效問題更難以察覺，更具隱藏性，在問題發生后的排查難度也相對較大。

圖 3 電纜截面圖圖

圖 4 電纜信號線斷裂

　　以上三種常見的充電樁充電線纜失效模式，顯然信號線斷裂相比其他兩種更具隱藏性與頻發性，即使在模式1與模式2的情況下，信號線相較于主線芯依然存在著更高的損壞風險。當充電線纜主線芯完好，信號通訊線纜已經損壞的情況下，如果充電過程依然在進行，控制器由于無法得到電池端反饋回來的電池狀態而不能正確的調配輸出功率，那么在已經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斷開時做出反應停止充電過程，那么在后續的問題排查過程中，依然需要再次檢測信號線來確定是否信號線斷裂是電纜失效的問題點。這一步驟完全可以并到控制器應對信號線斷裂采取措施的過程中確定，通過在電動車充電過程中添加通訊信號檢測，實現這一功能。

　　三、通訊信號檢測必要性分析

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

　　首先，綜上所述，由于信號線損壞而導致充電線纜失效的觸發率相對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還是被切斷，添加信號線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，關于電動汽車傳導式充電相關標準文案里，確實沒有要求對充電過程中的通訊信號進行檢測。這只是基于德凱這次論壇會議內容而延伸出的一個討論。從新能源汽車充電這一現象，可以延伸到很多其他類似的場景，尤其在一些大型的應用場景下，例如工業生產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、礦場油田等其他需要長距離拉線供電控制的應用場景，加入信號線檢測，不僅可以及時的反饋出控制通訊端出現的問題，而且還能能大大的縮減問題出現后排查的工作量。

　　圖 5 信號線檢測可開發方向

　　四、通訊信號檢測方案分析

　　目前，常見的通訊控制信號，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，通過串電阻的方式來檢測電流，但是此方案非隔離，目前信號線檢測的發展更有可能是在原有系統上做一個升級，因此該方案適用性不大。

　　2. 電流互感器，通過電磁感來檢測交流電流，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，高線性度，交直流都能檢測，價格低廉，并且在實際應用中，信號線檢測多數情況下只需要檢測信號線是否正常，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，但是價格相較霍爾略高。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景下，磁通門電流傳感具有比較明顯的優勢。

　　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。