關(guān)于新能源電動(dòng)汽車充電安全分析與研究

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著近年來國(guó)內(nèi)外對(duì)節(jié)能減排的重視程度不斷增加，電動(dòng)汽車逐漸出現(xiàn)在人們的視野中。而隨著電動(dòng)汽車和充電領(lǐng)域的不斷發(fā)展，充電安全問題成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)問題。本文就此背景之下，對(duì)電動(dòng)汽車充電安全進(jìn)行了詳細(xì)的分析與研究，以期提高充電的安全性，保證人們的生命安全，促進(jìn)電動(dòng)汽車行業(yè)的良好發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；充電安全；新能源

0引言

隨著環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，各個(gè)對(duì)環(huán)境保護(hù)和能源節(jié)約加強(qiáng)了重視，并出臺(tái)了一系列的新能源政策，電動(dòng)汽車就是在此環(huán)境之下“出生"的。然而，我國(guó)對(duì)于電動(dòng)汽車的研制較晚，相對(duì)應(yīng)的充電安全措施不夠完善，導(dǎo)致充電安全性不高，威脅著人們的生命安全。故此，本文對(duì)電動(dòng)汽車充電安全進(jìn)行研究具有一定的價(jià)值和作用。

1安全等級(jí)劃分分析

分析電動(dòng)汽車的充電安全之前，需要對(duì)其安全性進(jìn)行等級(jí)的劃分，從而根據(jù)等級(jí)進(jìn)行安全措施的制定，保證電動(dòng)汽車充電安全的可靠性和合理性。一般情況下，我們會(huì)將安全等級(jí)分為三個(gè)，在進(jìn)行等級(jí)劃分的過程中，視事故產(chǎn)生的后果影響不同作為參考。一級(jí)一般指的是人對(duì)充電安全所造成的后果；二級(jí)指的是電動(dòng)汽車周圍的設(shè)施對(duì)充電安全產(chǎn)生的后果；三級(jí)指的是充電設(shè)備對(duì)充電安全產(chǎn)生的后果。

2安全問題研究模型

在對(duì)電動(dòng)汽車充電安全問題分析之前，需要對(duì)安全問題建立相關(guān)的研究模型，保證研究的可靠性。在模型的建立過程中，風(fēng)險(xiǎn)是研究的主要對(duì)象，并對(duì)安全隱患發(fā)生的原因進(jìn)行詳細(xì)的分析，總結(jié)出一定的規(guī)律，依據(jù)規(guī)律，有關(guān)人員就可以制定出詳細(xì)的解決對(duì)策，保證電動(dòng)汽車充電的安全性。

3影響安全的因素分析

3.1絕緣問題和充電安全

我們知道，設(shè)備的絕緣性是保證線路安全運(yùn)行的基本，也是防止人員發(fā)生觸電危害的重要措施，表1[1]就現(xiàn)階段的安全隱患處理與充電安全措施進(jìn)行總結(jié)。

3.1.1外殼防護(hù)能力

如圖1是兩種直流充電連接器的插頭，從圖中我們可以看出，一種正負(fù)充電極有絕緣帽保護(hù)，而二種外邊則是金屬。因此，我們就可以斷定二種充電接觸插頭很容易發(fā)生觸電危險(xiǎn)，不符合的有關(guān)規(guī)定。3.1.2電氣間隙與爬電距離在的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于電氣間隙和爬電距離是有一定的要求的。這些要求的存在就是為了保證設(shè)備在實(shí)際工作中不會(huì)出現(xiàn)故障和毀壞的問題，因此，有關(guān)設(shè)計(jì)人員在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，一定要查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，防止出現(xiàn)電壓的絕緣擊穿現(xiàn)象。

3.1.2電氣間隙與爬電距離

有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于電氣間隙和爬電距離是有一定的要求的。這些要求的存在就是為了保證設(shè)備在實(shí)際 工作中不會(huì)出現(xiàn)故障和毀壞的問題，因此，有關(guān)設(shè)計(jì)人員在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，一定要查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)， 防止出現(xiàn)電壓的絕緣擊穿現(xiàn)象。

3.1.3介電強(qiáng)度

介電強(qiáng)度指的是能夠?qū)⒉牧显u(píng)定實(shí)收作為絕緣體的抗電強(qiáng)度。有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其也進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定，要求在實(shí)際充電過程中，所使用的絕緣材料要符合介電強(qiáng)度的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。而經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，絕緣材料的介電強(qiáng)度越高，其抗電強(qiáng)度也就越好，能夠承受的電壓擊穿也就越強(qiáng)。

3.1.4絕緣電阻

為了保障設(shè)備在正?；蛘呤翘厥獾沫h(huán)境下進(jìn)行工作，需要對(duì)設(shè)備的絕緣電阻進(jìn)行性能的檢測(cè)，此外，還要對(duì)其安全性和可靠性進(jìn)行檢測(cè)，從而保證設(shè)備能夠順利開展工作。而在電氣設(shè)備和電氣線路的安裝過程中，其安裝的標(biāo)準(zhǔn)就是絕緣電阻的阻值。一般情況下，電阻的阻值越大的情況下，其材料的絕緣性能就越強(qiáng)，人們的安全就越有保障。

3.1.5接觸電流

所謂的接觸電流指的是人或者是動(dòng)物在接觸帶電設(shè)備和零件的過程中，電流流經(jīng)身體的過程。一般情況下，對(duì)于接觸電流的評(píng)定，可以用流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電流值來確定。此外，為了減少接觸電流對(duì)人們的傷害，需要人們佩戴一定的防護(hù)措施。

3.1.6沖擊耐壓

對(duì)裝置無電氣聯(lián)系的各回路之間以及無電氣聯(lián)系的各回路對(duì)地的電氣間隙、絕緣介質(zhì)能夠在某一瞬間過電壓時(shí)發(fā)生擊穿或放電的驗(yàn)證現(xiàn)象[2]。

3.2環(huán)境因素

在電動(dòng)汽車充電的過程中，影響其安全的環(huán)境因素指的是防風(fēng)、防盜和防腐蝕等內(nèi)容，這些對(duì)于電動(dòng)汽車充電安全的影響非常大，因此需要我們采取有效的措施進(jìn)行防范。

3.3保護(hù)措施因素

在電動(dòng)汽車的充電過程中，應(yīng)該有一些保護(hù)措施來保障充電的安全性的，但是需要注意的是，對(duì)于這些保護(hù)措施要進(jìn)行定期的監(jiān)測(cè)，防止出現(xiàn)保護(hù)措施因故障而沒有保護(hù)功能的現(xiàn)象，例如：絕緣皮層的老化、腐蝕等。

3.4通信協(xié)議對(duì)電動(dòng)汽車快速充電的影響因素

在對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電的過程中，直流電的快速充電和慢速充電是有區(qū)別的。在進(jìn)行快速充電的過程中，由于輸出的電壓瞬間可達(dá)幾千伏，從而對(duì)人體的威脅隱患增大，因此需要有一定的保護(hù)措施?？傊?，通信協(xié)議對(duì)電動(dòng)汽車快速充電有著很大的影響。

4電動(dòng)汽車充電安全的相關(guān)解決方案

4.1根據(jù)安全等級(jí)，設(shè)立三道安全防線

通過上文中對(duì)安全等級(jí)的分析，我們可以根據(jù)電動(dòng)汽車的實(shí)際充電問題，從三個(gè)安全等級(jí)入手，建立三道安全防線。首先，對(duì)人的防范，人體在進(jìn)行電動(dòng)汽車的充電作業(yè)時(shí)，要穿戴規(guī)定的防護(hù)措施，保證身體安全；其次，對(duì)周圍設(shè)施的防范，針對(duì)電動(dòng)汽車充電的設(shè)施環(huán)境，制定出合理的防護(hù)措施;對(duì)充電設(shè)備的防范，充電設(shè)備在進(jìn)行充電之前，一定要由專業(yè)人士對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，保證其運(yùn)行的安全、可靠性。

4.2優(yōu)化電動(dòng)汽車的絕緣性能

影響電動(dòng)汽車充電安全的因素中，絕緣性能的安全影響因素就有很多種，這就需要有關(guān)電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)人員，在進(jìn)行電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)過程中，將這些絕緣性能的影響因素充分考慮進(jìn)去，從而提高絕緣材料的壽命，保證電動(dòng)汽車絕緣性能更佳。此外，還需要建立絕緣監(jiān)測(cè)及評(píng)估體制，并對(duì)通信協(xié)議的安全性進(jìn)行實(shí)測(cè)，優(yōu)化電動(dòng)汽車本身及充電樁和充電設(shè)施的絕緣部件的絕緣性能[3]。

4.3采用保護(hù)裝置

電動(dòng)汽車屬于經(jīng)常使用的交通工具，這種情況下，使得外部環(huán)境因素對(duì)其充電安全性的影響增加，長(zhǎng)時(shí)間的使用之后，一些電動(dòng)汽車的零部件可能會(huì)出現(xiàn)腐蝕或者是侵蝕的問題，從而影響電動(dòng)汽車充電安全。因此，在電動(dòng)汽車上安裝有效的保護(hù)裝置，能夠進(jìn)一步地提高電動(dòng)汽車的安全性、運(yùn)行穩(wěn)定性。

5安科瑞智慧消防云平臺(tái)

5.1平臺(tái)概述

安科瑞智慧消防云平臺(tái)依托物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI等技術(shù)，對(duì)充電站配電系統(tǒng)的運(yùn)行、電能消耗、電能質(zhì)量、充電安全和行為安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警，為充電站的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供保障，并及時(shí)切除安全隱患、避免電氣火災(zāi)發(fā)生，從而保障人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，打造“安全、高效、舒適、綠色"的“人—車—樁—電網(wǎng)—互聯(lián)網(wǎng)—多種增值業(yè)務(wù)"的智慧充電站，提升充電站的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

5.2適用場(chǎng)合

可廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、學(xué)校、酒店、體育場(chǎng)等公共建筑；商業(yè)廣場(chǎng)、產(chǎn)業(yè)園等綜合園區(qū)；企業(yè)、住宅小區(qū)等場(chǎng)所。

5.3組網(wǎng)架構(gòu)

平臺(tái)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，主要由終端感知設(shè)備、邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)和能效管理平臺(tái)層三個(gè)部分組成，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

5.4參考選型

6相關(guān)產(chǎn)品介紹

6.17KW交流充電樁AEV-AC007D

產(chǎn)品功能

（1）智能監(jiān)測(cè)：充電樁智能控制器對(duì)充電樁具備測(cè)量、控制與保護(hù)的功能，如運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)、充電計(jì)量與計(jì)費(fèi)以及充電過程的聯(lián)動(dòng)控制等。

（2）智能計(jì)量：輸出配置智能電能表，進(jìn)行充電計(jì)量，具備完善的通信功能，可將計(jì)量信息通過RS485分別上傳給充電樁智能控制器和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)。

（3）云平臺(tái)：具備連接云平臺(tái)的功能，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，財(cái)務(wù)報(bào)表分析等等。

（4）保護(hù)功能：具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)，漏電保護(hù)和接地保護(hù)等功能。

（5）材質(zhì)可靠：保證長(zhǎng)期使用并抵御復(fù)雜天氣環(huán)境。

（6）適配車型：滿足國(guó)標(biāo)充電接口，適配所有符合GB/T20234.2-2015國(guó)標(biāo)的電動(dòng)汽車，適應(yīng)不同車型的不同功率。

（7）資產(chǎn)安全：產(chǎn)品全部由中國(guó)平安保險(xiǎn)承保，充分保障設(shè)備、車輛、人員的安全。

6.2直流充電樁系列

6.3電氣火災(zāi)探測(cè)器ARCM300-Z

6.4限流式保護(hù)器ASCP200

產(chǎn)品功能：

（1）短路保護(hù)：保護(hù)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用電線路電流，當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，能在150微秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；

（2）過載保護(hù)：當(dāng)線路電流過載且持續(xù)時(shí)間超過動(dòng)作時(shí)間（3~60秒可設(shè)）時(shí)，保護(hù)器啟動(dòng)限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；

（3）表內(nèi)超溫保護(hù)：當(dāng)保護(hù)器內(nèi)部器件工作溫度過高時(shí)，保護(hù)器實(shí)施超溫限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；

（4）組網(wǎng)通訊：保護(hù)器具有1路RS485接口，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

7平臺(tái)功能

7.1登錄

7.2首頁

平臺(tái)首頁顯示充電站的位置及在線情況，統(tǒng)計(jì)充電站的充電數(shù)據(jù)

7.3實(shí)時(shí)監(jiān)控

（1）充電站監(jiān)控

可以按站點(diǎn)名稱進(jìn)行篩選，顯示站點(diǎn)詳情、充電槍列表、統(tǒng)計(jì)訂單信息、故障記錄，點(diǎn)擊某個(gè)充電槍編號(hào)后在進(jìn)入充電槍監(jiān)控頁面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器負(fù)荷（搭配ACM300T、ADW300），當(dāng)負(fù)荷超過50%時(shí)，系統(tǒng)會(huì)限制新增開始充電的充電樁的功率，降為50%，當(dāng)變壓器負(fù)荷超過80%時(shí)，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電，直到負(fù)荷下降為止。如圖所示：

統(tǒng)計(jì)當(dāng)前充電站各充電樁回路的數(shù)據(jù)；通過卡片的形式展現(xiàn)充電樁的數(shù)據(jù)；顯示故障列表；如圖所示：

（2）充電樁監(jiān)控

顯示充電樁充電數(shù)據(jù)；顯示各回路的充電狀態(tài)；可以對(duì)充電中的回路進(jìn)行手動(dòng)終止；顯示訂單信息、故障信息；如圖所示：

（3）設(shè)備監(jiān)控

顯示限流式保護(hù)器的狀態(tài)，包括線路中的剩余電流、溫度及異常報(bào)警，如圖所示：

7.4故障管理

（1）故障查詢

故障查詢中記錄了登錄用戶相關(guān)聯(lián)的所有故障信息。如圖所示：

（2）故障派發(fā)

故障派發(fā)中記錄了當(dāng)前待派發(fā)的故障信息。如圖所示：

（3）故障處理

故障處理中記錄了當(dāng)前待處理的故障信息。如圖所示：

7.5能耗分析

在能耗分析中，可查看指ding時(shí)段關(guān)聯(lián)站點(diǎn)和關(guān)聯(lián)樁的能耗信息并顯示對(duì)應(yīng)的能耗趨勢(shì)圖。如圖所示：

7.6故障分析

在故障分析中，可查看相關(guān)時(shí)間內(nèi)的故障數(shù)、故障狀態(tài)、故障類型、趨勢(shì)分析以及故障列表。如圖所示：

7.7財(cái)務(wù)報(bào)表

在財(cái)務(wù)報(bào)表中，可根據(jù)時(shí)間查看關(guān)聯(lián)站點(diǎn)的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)。如圖所示：

7.8收益查詢

在收益查詢中，可查看總的收益統(tǒng)計(jì)、收益變化曲線圖、支付占比餅圖以及實(shí)際收益報(bào)表。如圖所示：

8案例實(shí)景

9結(jié)束語

綜上所述，在電動(dòng)汽車日益發(fā)展的今天，電動(dòng)汽車充電安全是人們關(guān)注的焦點(diǎn)問題，因此本文在對(duì)安全等級(jí)進(jìn)行劃分的基礎(chǔ)之上，探討了影響電動(dòng)汽車充電安全的因素，并提出了解決電動(dòng)汽車充電安全的相關(guān)方案，這對(duì)于電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。

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作者介紹：
任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。