關(guān)于新能源電動汽車充電安全分析與研究

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

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

關(guān)鍵詞：電動汽車；充電安全；新能源

0引言

隨著環(huán)境問題越來越嚴重，各個對環(huán)境保護和能源節(jié)約加強了重視，并出臺了一系列的新能源政策，電動汽車就是在此環(huán)境之下“出生"的。然而，我國對于電動汽車的研制較晚，相對應(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，本文對電動汽車充電安全進行研究具有一定的價值和作用。

1安全等級劃分分析

分析電動汽車的充電安全之前，需要對其安全性進行等級的劃分，從而根據(jù)等級進行安全措施的制定，保證電動汽車充電安全的可靠性和合理性。一般情況下，我們會將安全等級分為三個，在進行等級劃分的過程中，視事故產(chǎn)生的后果影響不同作為參考。一級一般指的是人對充電安全所造成的后果；二級指的是電動汽車周圍的設(shè)施對充電安全產(chǎn)生的后果；三級指的是充電設(shè)備對充電安全產(chǎn)生的后果。

2安全問題研究模型

在對電動汽車充電安全問題分析之前，需要對安全問題建立相關(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)險是研究的主要對象，并對安全隱患發(fā)生的原因進行詳細的分析，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的解決對策，保證電動汽車充電的安全性。

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行總結(jié)。

3.1.1外殼防護能力

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，一種正負充電極有絕緣帽保護，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，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)標準中，對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)備在實際工作中不會出現(xiàn)故障和毀壞的問題，因此，有關(guān)設(shè)計人員在對產(chǎn)品進行設(shè)計的過程中，一定要查閱有關(guān)標準，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)標準中，對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)備在實際 工作中不會出現(xiàn)故障和毀壞的問題，因此，有關(guān)設(shè)計人員在對產(chǎn)品進行設(shè)計的過程中，一定要查閱有關(guān)標準， 防止出現(xiàn)電壓的絕緣擊穿現(xiàn)象。

3.1.3介電強度

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

3.1.4絕緣電阻

為了保障設(shè)備在正常或者是特殊的環(huán)境下進行工作，需要對設(shè)備的絕緣電阻進行性能的檢測，此外，還要對其安全性和可靠性進行檢測，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，其安裝的標準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，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，對于接觸電流的評定，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人們的傷害，需要人們佩戴一定的防護措施。

3.1.6沖擊耐壓

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

3.2環(huán)境因素

在電動汽車充電的過程中，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，這些對于電動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行防范。

3.3保護措施因素

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

3.4通信協(xié)議對電動汽車快速充電的影響因素

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

4電動汽車充電安全的相關(guān)解決方案

4.1根據(jù)安全等級，設(shè)立三道安全防線

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

4.2優(yōu)化電動汽車的絕緣性能

影響電動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)電動汽車設(shè)計人員，在進行電動汽車的設(shè)計過程中，將這些絕緣性能的影響因素充分考慮進去，從而提高絕緣材料的壽命，保證電動汽車絕緣性能更佳。此外，還需要建立絕緣監(jiān)測及評估體制，并對通信協(xié)議的安全性進行實測，優(yōu)化電動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采用保護裝置

電動汽車屬于經(jīng)常使用的交通工具，這種情況下，使得外部環(huán)境因素對其充電安全性的影響增加，長時間的使用之后，一些電動汽車的零部件可能會出現(xiàn)腐蝕或者是侵蝕的問題，從而影響電動汽車充電安全。因此，在電動汽車上安裝有效的保護裝置，能夠進一步地提高電動汽車的安全性、運行穩(wěn)定性。

5安科瑞智慧消防云平臺

5.1平臺概述

安科瑞智慧消防云平臺依托物聯(lián)網(wǎng)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI等技術(shù)，對充電站配電系統(tǒng)的運行、電能消耗、電能質(zhì)量、充電安全和行為安全進行實時監(jiān)控和預(yù)警，為充電站的可靠、安全、經(jīng)濟運行提供保障，并及時切除安全隱患、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，提升充電站的社會和經(jīng)濟價值。

5.2適用場合

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

5.3組網(wǎng)架構(gòu)

平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)，主要由終端感知設(shè)備、邊緣計算網(wǎng)關(guān)和能效管理平臺層三個部分組成，詳細拓撲結(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：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護的功能，如運行狀態(tài)監(jiān)測、故障狀態(tài)監(jiān)測、充電計量與計費以及充電過程的聯(lián)動控制等。

（2）智能計量：輸出配置智能電能表，進行充電計量，具備完善的通信功能，可將計量信息通過RS485分別上傳給充電樁智能控制器和網(wǎng)絡(luò)運營平臺。

（3）云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實現(xiàn)實時監(jiān)控，財務(wù)報表分析等等。

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

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

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

（7）資產(chǎn)安全：產(chǎn)品全部由中國平安保險承保，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)探測器ARCM300-Z

6.4限流式保護器ASCP200

產(chǎn)品功能：

（1）短路保護：保護器實時監(jiān)測用電線路電流，當線路發(fā)生短路故障時，能在150微秒內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

（2）過載保護：當線路電流過載且持續(xù)時間超過動作時間（3~60秒可設(shè)）時，保護器啟動限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

（3）表內(nèi)超溫保護：當保護器內(nèi)部器件工作溫度過高時，保護器實施超溫限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

（4）組網(wǎng)通訊：保護器具有1路RS485接口，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

7平臺功能

7.1登錄

7.2首頁

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

7.3實時監(jiān)控

（1）充電站監(jiān)控

可以按站點名稱進行篩選，顯示站點詳情、充電槍列表、統(tǒng)計訂單信息、故障記錄，點擊某個充電槍編號后在進入充電槍監(jiān)控頁面實時監(jiān)測變壓器負荷（搭配ACM300T、ADW300），當負荷超過50%時，系統(tǒng)會限制新增開始充電的充電樁的功率，降為50%，當變壓器負荷超過80%時，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電，直到負荷下降為止。如圖所示：

統(tǒng)計當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)；可以對充電中的回路進行手動終止；顯示訂單信息、故障信息；如圖所示：

（3）設(shè)備監(jiān)控

顯示限流式保護器的狀態(tài)，包括線路中的剩余電流、溫度及異常報警，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時段關(guān)聯(lián)站點和關(guān)聯(lián)樁的能耗信息并顯示對應(yīng)的能耗趨勢圖。如圖所示：

7.6故障分析

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

7.7財務(wù)報表

在財務(wù)報表中，可根據(jù)時間查看關(guān)聯(lián)站點的財務(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、收益變化曲線圖、支付占比餅圖以及實際收益報表。如圖所示：

8案例實景

9結(jié)束語

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

參考文獻

[1]賀春，陳卓，馮瑾濤，銀慶偉，李翔.電動汽車充電安全分析與解決方案

[2]何志靜，劉卯.電動汽車充電安全分析與解決方案研究[J].

[3] 杜航.電動汽車充電安全分析與解決方案「J1.科技展望，

[4] 崔 泓.電動汽車充電安全分析與研究

[5] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊

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