淺談電動汽車充電樁絕緣智能化自檢裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

安科瑞 陳聰

摘要：純電動汽車的能量來源于動力電池，而作為二次電池其充電環(huán)節(jié)*不可少。新能源汽車產(chǎn)業(yè)近幾年正在歷經(jīng)大變革、高速度發(fā)展，本該隨之興起的充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)一直遲遲未跟隨產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)展而加快提速。其中比較重要一項(xiàng)就是充電樁的漏電問題，目前，雖然我國在電動汽車充電樁上均有絕緣檢測功能，但是針對其安全問題還未完善，就平衡電橋法、不平衡電橋法及直流法三種絕緣檢測方式的優(yōu)劣勢進(jìn)行了簡單對比。從檢測原理、注意事項(xiàng)等多個(gè)方面對絕緣監(jiān)測裝置進(jìn)行了簡單分析，并通過實(shí)踐表明該裝置可有效提升充電樁的安全性。

關(guān)鍵詞：電動汽車；充電樁；絕緣檢測

為了減少對環(huán)境的破壞，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境安全，電動汽車作為我國未來汽車工業(yè)發(fā)展的目標(biāo)，加強(qiáng)充電樁自我孤立的設(shè)計(jì)，可以有效提高我國資源的可持續(xù)發(fā)展，另一方面提高經(jīng)濟(jì)效率，實(shí)現(xiàn)我國“環(huán)境保護(hù)”這一基本國策。

電動汽車技術(shù)的發(fā)展使我國越來越多的專業(yè)人員對這一領(lǐng)域感興趣。充電電池是電動汽車技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要和不可*少的組成部分，它已經(jīng)被認(rèn)為是其發(fā)展水平的一個(gè)重要和具有代表性的組成部分。我國的充電標(biāo)準(zhǔn)較低，特別是充電功率較低和速度較慢。電線桿是現(xiàn)代社會促進(jìn)姿勢的主要方向，因此它們在安全方面要求更高。在這方面，我國明確規(guī)定了直流電充電的規(guī)格，并建議進(jìn)行必要的隔離試驗(yàn)，從而提高充電的安全性。

1充電樁系統(tǒng)的理解

通俗來說，所謂的充電系統(tǒng)包含了四個(gè)部分：電動汽車充電樁、網(wǎng)絡(luò)集中器、電池管理模塊、管理服務(wù)平臺。鑒于四部分的要求，可依據(jù)以下四點(diǎn)分析：

安全性：充電安全性可以確保汽車本身以及工作人員的生命安全，這是主要的要素，借助安全性這一點(diǎn)，提高管理的便利性。

便捷性：此裝置采用新智能管理系統(tǒng)，在充電時(shí)，用戶和工作人員不需要過多地參與操作，即可完成汽車充電，具有很好的便捷性。

*回報(bào)：充電系統(tǒng)在給蓄電池充電時(shí)，一方面降低蓄電池充電的成本，其次提高電動汽車的運(yùn)行效力，兩者結(jié)合，是雙贏的局面。

效率：此特征主要是通過高科技手段使得充電效率大大提高，通過這個(gè)環(huán)節(jié)，達(dá)到充電系統(tǒng)工作的征途效能，然后達(dá)到降低能源消耗的目的。

2絕緣檢測方法

通常，直流系統(tǒng)并不會受接地點(diǎn)的影響而出現(xiàn)運(yùn)行障礙的。但是，如果未及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，則可能會在另一個(gè)接地故障點(diǎn)出現(xiàn)問題時(shí)引發(fā)重大事故。為確保直流系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，在線檢測直流系統(tǒng)的絕緣狀況。一旦檢測到接地故障或者發(fā)生此類故障時(shí)，要及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，向維修人員明確標(biāo)示發(fā)生故障的分支點(diǎn)，減少因查找故障點(diǎn)所造成的維修延誤，引發(fā)故障現(xiàn)象的發(fā)生。因此在對正負(fù)直流母線電壓接地這一項(xiàng)工作檢查時(shí)，用電壓表來測量，并將其絕緣電阻計(jì)算出來，以便能夠在電阻值低于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，能夠及時(shí)

地向操作人員發(fā)出警報(bào)信息，同時(shí)可以自動化啟動分支，用于對其故障地點(diǎn)進(jìn)行檢測。在本次研究中，主要以兩種常見的母線絕緣電阻檢測方式來進(jìn)行分析，即平衡電橋法與不平衡電橋法，而在對去路絕緣電阻進(jìn)行檢測時(shí)，多會借助交流法與直流法。

3電動汽車充電樁絕緣檢測的實(shí)現(xiàn)方案

本研究包括云端服務(wù)器、電動汽車充電樁漏電檢測在線監(jiān)控系統(tǒng)和客戶端；云端服務(wù)器工作時(shí)，通過HTTP確保瀏覽器與客戶端的聯(lián)通，通過TCP確保充電樁漏電檢測在線監(jiān)控系統(tǒng)處于正常聯(lián)通狀態(tài)；電動汽車充電樁漏電檢測在線監(jiān)控系統(tǒng)包括充電樁漏電檢測傳感器、基于NB-IoT通信控制模塊、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、嵌入式網(wǎng)關(guān)，充電樁漏電檢測傳感器上帶有紅外感應(yīng)傳感器，充電樁漏電檢測傳感器之間采用NB-IoT無線通信技術(shù)，將充電樁漏電檢測傳感器看作網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)可用協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，借助此節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)收集網(wǎng)絡(luò)報(bào)警節(jié)點(diǎn)信息，同時(shí)信息共享到網(wǎng)關(guān)，進(jìn)而傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的服務(wù)后臺。

漏電檢測的實(shí)現(xiàn)過程：

在本研究中，確保云端服務(wù)器上線是基于NB-IoT的通信控制模塊完成，一旦確認(rèn)成功連接狀態(tài)，雙方通過握手協(xié)議建立數(shù)據(jù)連接。

更進(jìn)一步地，在本研究中，云端服務(wù)器為不同類型的連接提供不同的數(shù)據(jù)通信端口。

更進(jìn)一步地，在本研究中，云端服務(wù)器構(gòu)建為多用戶接入模式，客戶端登錄系統(tǒng)時(shí)，需要確認(rèn)身份，用戶名和密碼驗(yàn)證正確的情況下，允許進(jìn)入系統(tǒng)，且需要一定登錄權(quán)限，手機(jī)app登錄時(shí)，也做了相應(yīng)的設(shè)置，在用戶名、密碼核對無誤的情況下，才允許進(jìn)入系統(tǒng)，且需要相應(yīng)權(quán)限。

更進(jìn)一步地，在本研究中，設(shè)計(jì)了云端服務(wù)器的組群權(quán)限管理，此功能的增加，可以使得云端服務(wù)器在提升業(yè)務(wù)管理方面更加完善，使得業(yè)務(wù)信息、流程管理更清楚、更具有針對性。

在本研究中，漏電檢測裝置通過NB-IoT無線通信技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測，每個(gè)報(bào)警器作為NB-IoT網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，WSN組網(wǎng)方式組合成一張實(shí)時(shí)連接的無線網(wǎng)絡(luò)。方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻ATA網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)中包含了所有現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)的報(bào)警信息。在此傳輸過程中，在完成協(xié)調(diào)器與嵌入式網(wǎng)關(guān)之間的數(shù)據(jù)信息共享時(shí)，首先由報(bào)警器節(jié)點(diǎn)信息匯聚到網(wǎng)關(guān)，后臺用戶查詢和設(shè)置命令下發(fā)給系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)以進(jìn)行信息校驗(yàn)。嵌入式網(wǎng)關(guān)在實(shí)時(shí)報(bào)警和上傳數(shù)據(jù)的作用也凸顯重要層級，充電樁漏電檢測裝置產(chǎn)生的異常信息首先由NB-IoT模塊監(jiān)測并通過系統(tǒng)中的模塊電路主板借助固定IP傳輸，數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器后，按照服務(wù)器預(yù)先設(shè)定的報(bào)警閾值進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)核判斷，完成報(bào)警信息的外發(fā)與推送。

電力公司運(yùn)檢部門的檢修工作也因此得心應(yīng)手，不需要現(xiàn)場巡視，借助網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通服務(wù)器，查詢本公司的資產(chǎn)設(shè)備編號即可確認(rèn)監(jiān)測裝置目前所處的狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)有需要處理的警情，可通過短信方式通知相關(guān)運(yùn)維人員，方能及時(shí)處理故障等。

本研究的工作原理：充電樁漏電檢測傳感器檢測到漏電后，充電樁漏電檢測裝置加裝的傳感器感漏電流觸發(fā)報(bào)警，這份報(bào)警信息將會由NB-IoT網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絻?nèi)嵌網(wǎng)關(guān)終端，網(wǎng)關(guān)具有智能化功能，處理數(shù)據(jù)后，會顯示報(bào)警設(shè)備的位置信息，位置信息也會通過NB-IoT發(fā)送至平臺預(yù)設(shè)的該特定IP上，相關(guān)使用方可以借助服務(wù)器查詢設(shè)備是否漏電。

該系統(tǒng)還設(shè)置了系統(tǒng)推送信息，NB-IoT模塊通過互聯(lián)網(wǎng)將消息發(fā)送給相應(yīng)的維修單位，確保監(jiān)管工作到位到人，使得設(shè)備穩(wěn)定工作。

與當(dāng)前技術(shù)相比，本設(shè)計(jì)具有如下有益效果：借助當(dāng)前技術(shù)背景與現(xiàn)狀，完成四個(gè)確保設(shè)計(jì)：確保充電樁漏電裝置非法開啟行為可追溯、報(bào)警信息可查詢。確保報(bào)警依據(jù)后臺能夠查閱告警設(shè)備的位置信息。確保軟件根據(jù)充電樁漏電檢測裝置編號和地圖呈現(xiàn)對應(yīng)狀態(tài)。確保警情可以立即通知相關(guān)維護(hù)處理、補(bǔ)救等。

4安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺系統(tǒng)選型方案

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細(xì)查詢等。同時(shí)對充電機(jī)過溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進(jìn)行預(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

4.2應(yīng)用場所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)層和客戶端層。

2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

4）數(shù)據(jù)層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費(fèi)平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。

4.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。

4.4.2實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。

4.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進(jìn)行賬戶進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細(xì)信息。

4.4.4故障管理

設(shè)備自動上報(bào)故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

4.4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過系統(tǒng)平臺，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

4.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺建立運(yùn)營商戶，運(yùn)營商可建立和管理其運(yùn)營所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。

4.4.7運(yùn)維APP

面向運(yùn)維人員使用，可以對站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時(shí)可接收故障推送

4.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設(shè)備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。

4.5系統(tǒng)硬件配置

5結(jié)束語

由上述內(nèi)容可以得知，在對電動汽車的充電樁進(jìn)行使用時(shí)，需要提前進(jìn)行絕緣檢測，以保證其應(yīng)用的安全性。這便要求將絕緣檢測裝置控制模塊融入到充電樁內(nèi)，然后再進(jìn)行充電操作，只有切實(shí)保證絕緣性能后，方可進(jìn)入充電階段，這樣能夠有效降低因充電樁質(zhì)量問題而導(dǎo)致的電動汽車受損，或?qū)Σ僮魅藛T人身安全所造成的威脅。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2022.05版