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關(guān)于新能源電動汽車充電安全分析與研究

更新時間:2024-10-23點擊次數(shù):153次
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(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(yán)重,各個對環(huán)境保護(hù)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(jìn)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(jìn)行等級的劃分,從而根據(jù)等級進(jìn)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(jìn)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(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(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,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(jìn)行設(shè)計的過程中,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(jìn)行設(shè)計的過程中,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(biāo)準(zhǔn)對其也進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)。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?;蛘呤翘厥獾沫h(huán)境下進(jìn)行工作,需要對設(shè)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(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,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(hù)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(jìn)行防范。

3.3保護(hù)措施因素

在電動汽車的充電過程中,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,對于這些保護(hù)措施要進(jìn)行定期的監(jiān)測,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)議對電動汽車快速充電的影響因素

在對電動汽車進(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(jìn)行電動汽車的充電作業(yè)時,要穿戴規(guī)定的防護(hù)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(hù)措施;對充電設(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)人士對其進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(hù)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(hù)裝置,能夠進(jìn)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(jìn)行實時監(jiān)控和預(yù)警,為充電站的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)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(jì)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(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下:

5.4參考選型

序號

名稱

單位

1

智慧用電云平臺

EIOT

2

電氣火災(zāi)探測器

ARCM300系列

3

限流式保護(hù)器

ASCP系列

4

汽車充電樁

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(jiān)測:充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護(hù)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(jìn)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(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:保證長期使用并抵御復(fù)雜天氣環(huán)境。

(6)適配車型:滿足國標(biāo)充電接口,適配所有符合GB/T20234.2-2015國標(biāo)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

序號

名稱

型號、規(guī)格

單位

數(shù)量

備注

1

電氣火災(zāi)監(jiān)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(jiān)測,4路溫度監(jiān)測,2路繼電器輸出,2路開關(guān)量輸入,事件記錄,內(nèi)置時鐘,點陣式LCD顯示,1路獨立RS485/Modbus通訊,支持4G/NB等多種無線上傳方案,支持?jǐn)嚯妶缶蟼鞴δ堋?/p>

1

安科瑞

6.4限流式保護(hù)器ASCP200

項目

指標(biāo)

輸入電壓

AC85~265V,45~65HZ

功耗

功耗≤5VA(無負(fù)載情況下)

額定電流

0~63A可設(shè)置

短路保護(hù)時間

<150μs

過載保護(hù)

動作范圍:110%~140%;動作延時:3~60s

過壓保護(hù)

動作范圍:100%~120%;動作延時:0~60s

欠壓保護(hù)

動作范圍:60%~100%;動作延時:0~60s

線纜溫度監(jiān)測

監(jiān)測范圍

-20~120℃(精度±2℃)

報警設(shè)置

動作范圍:45~110℃;動作延時:0~60s

漏電流監(jiān)測

監(jiān)測范圍

20~1000mA(精度:±2%或±5nA)

報警設(shè)置

動作范圍:30~1000mA;動作延時:0~60s

故障記錄

20條記錄(故障類型、故障值、故障時間)

報警方式

聲光報警(其中聲音可以通過消音按鍵消除)

通訊

1路RS485接口,Modbus-RTU協(xié)議;1路2G無線通訊

產(chǎn)品功能:

(1)短路保護(hù):保護(hù)器實時監(jiān)測用電線路電流,當(dāng)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(hù),并發(fā)出聲光報警信號;

(2)過載保護(hù):當(dāng)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(hù)器啟動限流保護(hù),并發(fā)出聲光報警信號;

(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,保護(hù)器實施超溫限流保護(hù),并發(fā)出聲光報警信號;

(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)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)遠(yuǎn)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(jìn)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(jìn)入充電槍監(jiān)控頁面實時監(jiān)測變壓器負(fù)荷(搭配ACM300T、ADW300),當(dāng)負(fù)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(dāng)變壓器負(fù)荷超過80%時,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:

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統(tǒng)計當(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);可以對充電中的回路進(jìn)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(hù)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(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(jìn)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(xiàn)

[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。


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