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關(guān)于新能源電動(dòng)汽車(chē)充電安全分析與研究

更新時(shí)間:2024-09-26      瀏覽次數:354

胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要:隨著(zhù)近年來(lái)國內外對節能減排的重視程度不斷增加,電動(dòng)汽車(chē)逐漸出現在人們的視野中。而隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)和充電領(lǐng)域的不斷發(fā)展,充電安全問(wèn)題成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。本文就此背景之下,對電動(dòng)汽車(chē)充電安全進(jìn)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(jìn)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的良好發(fā)展。

關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車(chē);充電安全;新能源

0引言

隨著(zhù)環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越嚴重,各個(gè)對環(huán)境保護和能源節約加強了重視,并出臺了一系列的新能源政策,電動(dòng)汽車(chē)就是在此環(huán)境之下“出生"的。然而,我國對于電動(dòng)汽車(chē)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(zhù)人們的生命安全。故此,本文對電動(dòng)汽車(chē)充電安全進(jìn)行研究具有一定的價(jià)值和作用。

1安全等級劃分分析

分析電動(dòng)汽車(chē)的充電安全之前,需要對其安全性進(jìn)行等級的劃分,從而根據等級進(jìn)行安全措施的制定,保證電動(dòng)汽車(chē)充電安全的可靠性和合理性。一般情況下,我們會(huì )將安全等級分為三個(gè),在進(jìn)行等級劃分的過(guò)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(dòng)汽車(chē)周?chē)脑O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(wèn)題研究模型

在對電動(dòng)汽車(chē)充電安全問(wèn)題分析之前,需要對安全問(wèn)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(guò)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(jìn)行詳細的分析,總結出一定的規律,依據規律,有關(guān)人員就可以制定出詳細的解決對策,保證電動(dòng)汽車(chē)充電的安全性。

3影響安全的因素分析

3.1絕緣問(wèn)題和充電安全

我們知道,設備的絕緣性是保證線(xiàn)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]就現階段的安全隱患處理與充電安全措施進(jìn)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(guān)規定。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備在實(shí)際工作中不會(huì )出現故障和毀壞的問(wèn)題,因此,有關(guān)設計人員在對產(chǎn)品進(jìn)行設計的過(guò)程中,一定要查閱有關(guān)標準,防止出現電壓的絕緣擊穿現象。

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備在實(shí)際 工作中不會(huì )出現故障和毀壞的問(wèn)題,因此,有關(guān)設計人員在對產(chǎn)品進(jìn)行設計的過(guò)程中,一定要查閱有關(guān)標準, 防止出現電壓的絕緣擊穿現象。

3.1.3介電強度

介電強度指的是能夠將材料評定實(shí)收作為絕緣體的抗電強度。有關(guān)標準對其也進(jìn)行了相關(guān)規定,要求在實(shí)際充電過(guò)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(guò)研究發(fā)現,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?;蛘呤翘厥獾沫h(huán)境下進(jìn)行工作,需要對設備的絕緣電阻進(jìn)行性能的檢測,此外,還要對其安全性和可靠性進(jìn)行檢測,從而保證設備能夠順利開(kāi)展工作。而在電氣設備和電氣線(xiàn)路的安裝過(guò)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(dòng)物在接觸帶電設備和零件的過(guò)程中,電流流經(jīng)身體的過(guò)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(lái)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(wú)電氣聯(lián)系的各回路之間以及無(wú)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(guò)電壓時(shí)發(fā)生擊穿或放電的驗證現象[2]。

3.2環(huán)境因素

在電動(dòng)汽車(chē)充電的過(guò)程中,影響其安全的環(huán)境因素指的是防風(fēng)、防盜和防腐蝕等內容,這些對于電動(dòng)汽車(chē)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保護措施因素

在電動(dòng)汽車(chē)的充電過(guò)程中,應該有一些保護措施來(lái)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(jìn)行定期的監測,防止出現保護措施因故障而沒(méi)有保護功能的現象,例如:絕緣皮層的老化、腐蝕等。

3.4通信協(xié)議對電動(dòng)汽車(chē)快速充電的影響因素

在對電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電的過(guò)程中,直流電的快速充電和慢速充電是有區別的。在進(jìn)行快速充電的過(guò)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?,通信協(xié)議對電動(dòng)汽車(chē)快速充電有著(zhù)很大的影響。

4電動(dòng)汽車(chē)充電安全的相關(guān)解決方案

4.1根據安全等級,設立三道安全防線(xiàn)

通過(guò)上文中對安全等級的分析,我們可以根據電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)際充電問(wèn)題,從三個(gè)安全等級入手,建立三道安全防線(xiàn)。首先,對人的防范,人體在進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)的充電作業(yè)時(shí),要穿戴規定的防護措施,保證身體安全;其次,對周?chē)O施的防范,針對電動(dòng)汽車(chē)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(jìn)行充電之前,一定要由專(zhuān)業(yè)人士對其進(jìn)行檢測,保證其運行的安全、可靠性。

4.2優(yōu)化電動(dòng)汽車(chē)的絕緣性能

影響電動(dòng)汽車(chē)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(chē)設計人員,在進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)的設計過(guò)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(chē)絕緣性能更佳。此外,還需要建立絕緣監測及評估體制,并對通信協(xié)議的安全性進(jìn)行實(shí)測,優(yōu)化電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)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(cháng)時(shí)間的使用之后,一些電動(dòng)汽車(chē)的零部件可能會(huì )出現腐蝕或者是侵蝕的問(wèn)題,從而影響電動(dòng)汽車(chē)充電安全。因此,在電動(dòng)汽車(chē)上安裝有效的保護裝置,能夠進(jìn)一步地提高電動(dòng)汽車(chē)的安全性、運行穩定性。

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)、大數據、AI等技術(shù),對充電站配電系統的運行、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(shí)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(chē)—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)濟價(jià)值。

5.2適用場(chǎng)合

可廣泛應用于醫院、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;企業(yè)、住宅小區等場(chǎng)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(guān)和能效管理平臺層三個(gè)部分組成,詳細拓撲結構如下:

5.4參考選型

序號

名稱(chēng)

單位

1

智慧用電云平臺

EIOT

2

電氣火災探測器

ARCM300系列

3

限流式保護器

ASCP系列

4

汽車(chē)充電樁

AEV200系列

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)監測、故障狀態(tài)監測、充電計量與計費以及充電過(guò)程的聯(lián)動(dòng)控制等。

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

(3)云平臺:具備連接云平臺的功能,可以實(shí)現實(shí)時(shí)監控,財務(wù)報表分析等等。

(4)保護功能:具備防雷保護、過(guò)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(cháng)期使用并抵御復雜天氣環(huán)境。

(6)適配車(chē)型:滿(mǎn)足國標充電接口,適配所有符合GB/T20234.2-2015國標的電動(dòng)汽車(chē),適應不同車(chē)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(chē)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

序號

名稱(chēng)

型號、規格

單位

數量

備注

1

電氣火災監控裝置

三相(I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、COSφ),視在電能、四象限電能計算,單回路剩余電流監測,4路溫度監測,2路繼電器輸出,2路開(kāi)關(guān)量輸入,事件記錄,內置時(shí)鐘,點(diǎn)陣式LCD顯示,1路獨立RS485/Modbus通訊,支持4G/NB等多種無(wú)線(xiàn)上傳方案,支持斷電報警上傳功能。

1

安科瑞

6.4限流式保護器ASCP200

項目

指標

輸入電壓

AC85~265V,45~65HZ

功耗

功耗≤5VA(無(wú)負載情況下)

額定電流

0~63A可設置

短路保護時(shí)間

<150μs

過(guò)載保護

動(dòng)作范圍:110%~140%;動(dòng)作延時(shí):3~60s

過(guò)壓保護

動(dòng)作范圍:100%~120%;動(dòng)作延時(shí):0~60s

欠壓保護

動(dòng)作范圍:60%~100%;動(dòng)作延時(shí):0~60s

線(xiàn)纜溫度監測

監測范圍

-20~120℃(精度±2℃)

報警設置

動(dòng)作范圍:45~110℃;動(dòng)作延時(shí):0~60s

漏電流監測

監測范圍

20~1000mA(精度:±2%或±5nA)

報警設置

動(dòng)作范圍:30~1000mA;動(dòng)作延時(shí):0~60s

故障記錄

20條記錄(故障類(lèi)型、故障值、故障時(shí)間)

報警方式

聲光報警(其中聲音可以通過(guò)消音按鍵消除)

通訊

1路RS485接口,Modbus-RTU協(xié)議;1路2G無(wú)線(xiàn)通訊

產(chǎn)品功能:

(1)短路保護:保護器實(shí)時(shí)監測用電線(xiàn)路電流,當線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí),能在150微秒內實(shí)現快速限流保護,并發(fā)出聲光報警信號;

(2)過(guò)載保護:當線(xiàn)路電流過(guò)載且持續時(shí)間超過(guò)動(dòng)作時(shí)間(3~60秒可設)時(shí),保護器啟動(dòng)限流保護,并發(fā)出聲光報警信號;

(3)表內超溫保護:當保護器內部器件工作溫度過(guò)高時(shí),保護器實(shí)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,可以將數據發(fā)送到后臺監控系統,實(shí)現遠程監控。

7平臺功能

7.1登錄

7.2首頁(yè)

平臺首頁(yè)顯示充電站的位置及在線(xiàn)情況,統計充電站的充電數據

7.3實(shí)時(shí)監控

(1)充電站監控

可以按站點(diǎn)名稱(chēng)進(jìn)行篩選,顯示站點(diǎn)詳情、充電槍列表、統計訂單信息、故障記錄,點(diǎn)擊某個(gè)充電槍編號后在進(jìn)入充電槍監控頁(yè)面實(shí)時(shí)監測變壓器負荷(搭配ACM300T、ADW300),當負荷超過(guò)50%時(shí),系統會(huì )限制新增開(kāi)始充電的充電樁的功率,降為50%,當變壓器負荷超過(guò)80%時(shí),系統將不允許新增充電樁開(kāi)始充電,直到負荷下降為止。如圖所示:

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統計當前充電站各充電樁回路的數據;通過(guò)卡片的形式展現充電樁的數據;顯示故障列表;如圖所示:

(2)充電樁監控

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

(3)設備監控

顯示限流式保護器的狀態(tài),包括線(xiàn)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(xún)

故障查詢(xún)中記錄了登錄用戶(hù)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Z定時(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(guān)時(shí)間內的故障數、故障狀態(tài)、故障類(lèi)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,可根據時(shí)間查看關(guān)聯(lián)站點(diǎn)的財務(wù)數據。如圖所示:

7.8收益查詢(xún)

在收益查詢(xún)中,可查看總的收益統計、收益變化曲線(xiàn)圖、支付占比餅圖以及實(shí)際收益報表。如圖所示:

8案例實(shí)景

9結束語(yǔ)

綜上所述,在電動(dòng)汽車(chē)日益發(fā)展的今天,電動(dòng)汽車(chē)充電安全是人們關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題,因此本文在對安全等級進(jìn)行劃分的基礎之上,探討了影響電動(dòng)汽車(chē)充電安全的因素,并提出了解決電動(dòng)汽車(chē)充電安全的相關(guān)方案,這對于電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)充電安全分析與解決方案

  2. 何志靜,劉卯.電動(dòng)汽車(chē)充電安全分析與解決方案研究[J].

[3] 杜航.電動(dòng)汽車(chē)充電安全分析與解決方案「J1.科技展望,

[4] 崔 泓.電動(dòng)汽車(chē)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


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