摘 要：新能源汽车已然成为未来交通领域极为重要的发展方向，而充电桩作为其不可或缺的核心装置，其数量正呈现出迅猛的增长态势。但充电桩在实际运行的过程中，容易遭受闪电浪涌及电磁干扰的影响，导致设备出现损坏，或是数据传输产生错误，甚至引发安全事故。在这样的情形下，充电桩能否可靠地运行极为关键。因此，文章针对这一情况，对充电桩的防闪电浪涌保护与电磁兼容抗干扰策略展开探讨，从而确保充电桩可以稳定且安全地工作。

关键词：新能源；充电桩；防雷击；电磁干扰

一、新能源汽车充电桩面临的闪电浪涌与电磁干扰问题

（一）闪电浪涌危害

在雷击发生时，强大的雷电电流可能经由电源线和信号线等线路侵入充电桩。若防雷措施不完善， 极有可能致使其内部的电子元件出现被击穿损坏，进而对充电桩的正常功能产生不良影响，在某些较为严重的情形下，甚至还会引发火灾事故。

（二）电磁干扰来源

在充电桩内部，其电子电路在工作时会产生电磁辐射。与此同时，在外部存在着诸如雷电电磁脉冲、高压线、无线电发射台等干扰源，它们同样会产生电磁干扰的情况，进而对充电桩的信号传输以及控制精度产生影响。

二、防闪电浪涌保护策略

（一）外部防雷

在新能源汽车产业呈现出良好发展态势的当下，充电桩属于保障车辆能够正常充电并运行的核心装置，其安全性的重要程度不言而喻。尤其是在雷电频繁发生的季节，如何切实有效地防止雷电给充电桩带来的损害，已然成为保障整个充电系统稳定运行的重要研究课题。专业技术人员经过细致研究以及反复论证之后，最终明确要在充电桩的顶部安装避雷针类防雷装置，通过这样的方式来搭建起一道较为可靠的防雷屏障[1]。

独立保护：对于分散式或中小规模充电站，可采用提前放电避雷针或优化避雷针安装在场地周边高点，其保护范围需通过“滚球法”进行计算，确保所有充电桩设备、线缆路径均处于保护半径之内。

非独立保护：若充电桩位于车库、雨棚等建筑物顶部或旁边，应优先利用建筑物本身的接闪带（网）作为防护主体，并确保充电设备在其保护范围 内。严禁将避雷针直接安装在充电桩本体上，以免雷电流产生的电磁感应直接耦合至设备内部。

引下线是连接接闪装置与接地装置的导体，负责引导雷电流安全泄放。数量与布设应遵循“对称、均匀”的原则，采用多根引下线沿充电桩四周对称布置。这能有效减小每根引下线承载的雷电流和其产生的电磁强度，并提供冗余备份。

（二）内部防雷

在当下的智能交通体系里，充电桩是电动汽车获取能源补给的核心设备，其稳定运行显得格外重要。充电桩的通信信号线，承担着让充电桩和外部系统以及用户终端之间实现数据交互的重要任务。一旦通信信号线发生了故障，那么整个充电桩所具备的智能化管理以及服务功能，都会遭受极为严重的影响[2]。

充电桩内部防雷主要包括电源系统防护、信号线路防护和接地系统设计等方面。通过采用多级浪涌保护器、信号防雷器和完善的等电位连接，可以将雷击过电压限制在设备安全范围内，确保充电桩在雷雨天气下的正常运行。

充电桩面临的雷击威胁主要包括直击雷和感应雷两种。直击雷是指雷电直接击中充电桩或其附近区域，产生极大的雷电流，可能造成设备物理损坏和电气系统瘫痪。感应雷则是指雷击发生时，强大的电磁场在导线中感应出的过电压，能量较小但发生概率高，同样能损坏精密电子设备。

内部防雷系统主要由浪涌保护器（SPD）等电位连接、接地装置等组成。SPD是内部防雷的核心设备，能够在纳秒级时间内响应雷击过电压，将有害电流泄放入地，同时将电压限制在设备安全范围内。等电位连接则通过减少电位差，防止雷击时不同金属部件之间产生火花放电[3]。

等电位连接是内部防雷的重要措施，将充电桩金属外壳、内部电气设备金属支架、防雷装置等与接地系统可靠连接，消除各部件之间的电位差。连接点应采用焊接或专用接地端子，保证连接牢固，并做好防腐处理。对于建在建筑物附近的充电桩，可将充电桩接地系统与建筑物防雷接地系统进行等电位连接，提供额外防护。

三、电磁兼容抗干扰策略

（一）屏蔽设计

在电动汽车充电桩设计制造环节，要保证它运行起来既安全又稳定，还要降低其对周边环境以及设备可能存在的电磁方面的影响，那么针对充电桩内部的关键组件实施精细化的屏蔽处理尤为重要。具体来讲，这个处理过程主要是围绕着充电桩内部的电子电路板以及与它相连接的各类电缆来开展。

对于电子电路板而言，工程师们通常会选用具有高导电性的金属材料，如铜、铝等，以此来构建出一个封闭的外壳构造。该金属外壳一方面能够较为有效地吸收以及反射电路板在工作期间所产生的电磁辐射，防止这些电磁辐射毫无秩序地泄漏至周围环境当中，进而引发不必要的电磁污染情况；另一方面它还是一个防护层，以此来抵御外界的电磁干扰，从而确保电路板内部信号传输能够保持准确无误。并且，金属外壳在设计之时，会 顾及散热与通风方面的各项需求，防止因为长时间持续工作而引发的过热现象出现，避免对电路性能产生不良影响[4]。

对于电缆，会选用专业的屏蔽电缆来予以替换或者做升级处理。这些屏蔽电缆内部集成了多层屏蔽材料，包括金属箔、编织网等，它们把电缆导体包裹起来，进而形成一个能全方位起到电磁防护作用的屏障。这种设计能够在很大程度上减少电缆在传输电能期间所产生的电磁辐射，可以有效地阻拦来自外部的电磁干扰穿透电缆屏蔽层，以免其对充电桩内部那些较为敏感的电子系统造成干扰。在选择屏蔽电缆时，还会充分考虑它的柔韧性、耐磨性以及和充电桩其他部件之间的兼容性等方面，以此来保证整个系统能够可靠地运行 。经过上述针对充电桩内部电子电路板以及电缆所采取的屏蔽处理举措，不但极大降低了电磁辐射的泄漏情况，还对周围环境以及人员的健康安全起到了保护作用，在很大程度上提高了充电桩抵御外部电磁干扰的能力，为充电过程能够稳定且高效地开展提供了有力保障。这一系列的技术改进举措，是现代电动汽车充电基础设施朝着更为绿色、更为安全、更加智能化方向去发展的一个极为重要的体现。

（二）SPD 设计

电动汽车充电桩作为电动汽车能源补给的核心设施，其安全性直接关系到电动汽车产业的健康发展。充电桩通常安装于露天停车场、高速公路服务区等开阔地带，极易遭受直接雷击或附近雷击产生的雷电 电磁脉冲（LEMP）影响。除了直击雷威胁，电网内部操作（如电容器组投切、感性负载分合等）产生的浪涌过电压同样可能损坏充电桩的精密电子设备，因此，在充电桩的电源端和信号端安装浪涌保护器（SPD）已成为电气安全设计的必然要求。

智能充电桩与5G技术的融合应用满足了未来充电桩大规模、多样化用户数据采集和充电负荷特征感知等发展趋势。这些5G智能充电桩凭借数据传输双链路的设计，实现了高实时数据采集和充电动态监控功能，保证了数据传输备份安全，为充电桩的智能运行和自动故障诊断提供可靠保证。在这种应用场景下，SPD不仅需要保护电源线路，还需要对通信线路提供全面保护，防止闪电 电涌侵入电气线路损害后续负载或者通过通信端口损坏电源线路。

随着充电桩技术的快速发展，相关的标准规范也在不断完善。2021年3月，上海发布了国内首个《电动汽车智能充电桩智能充电及互动响应技术要求》地方标准。该标准明确了智能充电桩智能充电及互动响应的适用场景、设备电气及信息安全、智能充电功能、桩联网互动响应要求及平台交互技术要求，适用于需要调节电动汽车供电设备充电功率的智能交流充电桩和智能非车载充电机（直流充电桩）。这一标准的出台为智能充电桩的安全可靠运行提供了技术依据，其中包括对SPD的相关要求。

在SPD的具体选型和安装方面，行业普遍遵循《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343-2012等标准规范。这些规范要求对于一级SPD，若不确定具体型号，limp≥20 kA的产品就可以为大部分应用场景提供保障。良好的接地是浪涌保护器发挥作用的基础，接地电阻越小越好，且要与充电设备共用接地系统，实现等电位连接。

充电桩SPD的选型需综合考虑安装环境、雷电风险等级和设备价值等因素。对于小型家用充电桩，多安装在室内环境，受直击雷影响相对较小，通常选择并联二级浪涌保护器，标称放电电流In≥20 kA（8/20 μs）即可满足需求。壁挂式充电桩常用于私人住宅地下车库、住宅小区停车场以及商业建筑等场所，可在其内部安装二级浪涌保护器，为充电桩的稳定运行提供保障。

对于完全暴露在户外环境的立式充电桩，因其遭受直接雷击的风险较大，需要采用更严格的防护措施。在其前方配电箱处必须安装Ⅰ类电源浪涌保护器（一级SPD），要求雷电冲击电流limp≥12.5 kA（10/350 μs）。同时，在充电桩内部也要安装Ⅱ类SPD，与前端的一级SPD共同构建多级保护体系，全面保护内部设备和充电车辆的安全。

面向未来，充电桩SPD技术将呈现以下几个发展趋势：一是智能化集成，SPD将不再只是独立的保护装置，而是与充电桩控制系统深度融合，具备状态监测、故障预警和远程诊断等功能；二是标准化与规范化，随着行业的发展，SPD的技术要求、测试方法和安装规范将逐步统一，形成行业共识；三是材料与技术创新，新型半导体材料、集成工艺和结构设计将不断提升SPD的性能，降低残压，提高响应速度和通流能力。

（三）接地设计

在电磁兼容技术方面，良好的接地举措无疑是保障各类电子设备能够稳定、可靠运行的关键要素之一。以充电桩为例，它涉及电能传输与转换，对电磁环境还比较敏感，在这种情况下，良好的接地措施所起的作用更是至关重要。充电桩在平常的运行当中，不可避免地会受到来自周边环境以及其他电子设备发出的各种各样的电磁干扰。这些干扰电流随时都有可能对充电桩的正常工作产生影响，进而使其性能出现下降的情况，还会让信号 失真，严重的话甚至会引发故障。而良好的接地，就是保护充电桩的必备手段，这是有效应对电磁干扰的一项重要办法。

具体来讲，在落实接地相关举措时，需要把充电桩的金属外壳还有其内部的屏蔽层等重要部件与大地做连接处理。金属外壳作为充电桩最外面的防护构造，一方面承担着让内部电路以及元器件免遭外界物理性损害的职责，另一方面它也是容易有电磁干扰侵入并且聚集的地方。至于屏蔽层，它能够对外部电磁场的干扰起到阻挡以及削弱作用。把它们和大地连接起来，这是降低接地电阻极为关键的一个环节。接地电阻的具体数值大小，直接左右着干扰电流向外泄放的难易程度。如果接地电阻变大，干扰电流在通行时就会碰到诸多阻碍，没办法快速顺畅地流入大地当中。如此的话，干扰电流便会在充电桩内部不断积聚起来，进而给电路以及元器件带来损害。不过，采取一系列有效的办法，包括增多接地极的数量、把接地极的布局加以优化、运用导电性能很不错的材料等，就能够较为明显地降低接地电阻，从而给干扰电流开拓出一条阻抗比较低的泄放通道。

四、结束语

新能源汽车充电桩的防闪电浪涌以及电磁兼容抗干扰相关策略，对于保障其能够安全且稳定地运行而言，无疑是极为关键的要素。具体来说，实施外部防雷方面的举措、内部防雷方面的办法，以及采用屏蔽、SPD、接地设计等措施，就能够在很大程度上提高充电桩的可靠性以及安全性，进而有力地推动新能源汽车产业朝着健康的方向发展。未来，随着相关技术不断取得进步，对于这些防护策略，还需要持续不断地对其加以优化并进一步完善。

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