關于新能源電動汽車充電安全分析與研究

安科瑞 陳聰

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域的不斷發(fā)展，充電安全問題成為人們關注的焦點問題。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，相對應的充電安全措施不夠完善，導致充電安全性不高，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施對充電安全產(chǎn)生的后果；三級指的是充電設備對充電安全產(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的研究模型，保證研究的可靠性。在模型的建立過程中，風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，總結出一定的規(guī)律，依據(jù)規(guī)律，有關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。

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，不符合的有關規(guī)定。3.1.2電氣間隙與爬電距離在的有關標準中，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備在實際工作中不會出現(xiàn)故障和毀壞的問題，因此，有關設計人員在對產(chǎn)品進行設計的過程中，一定要查閱有關標準，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備在實際 工作中不會出現(xiàn)故障和毀壞的問題，因此，有關設計人員在對產(chǎn)品進行設計的過程中，一定要查閱有關標準， 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。有關標準對其也進行了相關規(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

為了保障設備在正常或者是特殊的環(huán)境下進行工作，需要對設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，從而保證設備能夠順利開展工作。而在電氣設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、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?？傊ㄐ艆f(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解決方案

4.1根據(jù)安全等級，設立三道安全防線

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，對周圍設施的防范，針對電動汽車充電的設施環(huán)境，制定出合理的防護措施;對充電設備的防范，充電設備在進行充電之前，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，這就需要有關電動汽車設計人員，在進行電動汽車的設計過程中，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，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”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

可廣泛應用于醫(yī)院、學校、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

平臺采用分層分布式結構，主要由終端感知設備、邊緣計算網(wǎng)關和能效管理平臺層三個部分組成，詳細拓撲結構如下：

5.4參考選型

6相關產(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，充分保障設備、車輛、人員的安全。

6.2直流充電樁系列

6.3電氣火災探測器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）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*時段關聯(lián)站點和關聯(lián)樁的能耗信息并顯示對應的能耗趨勢圖。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財務報表

在財務報表中，可根據(jù)時間查看關聯(lián)站點的財務數(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注的焦點問題，因此本文在對安全等級進行劃分的基礎之上，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)設計與應用手冊