電動汽車充電樁的防觸電保護(hù)的分析研究

劉細(xì)鳳 

安科瑞電氣股份有限公司 上海 嘉定 201801

摘要：進(jìn)入21世紀(jì)以來，能源枯竭問題和傳統(tǒng)能源造成的環(huán)境污染問題被社會公眾日益重視。于是，許多節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的可替代能源被提上研究日程。這種情況下，原本以汽油、柴油為主要燃料的汽車需進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)型升級，推動電動汽車市場不斷擴(kuò)大。因此，將較重闡述電動汽車充電樁的防觸電保護(hù)，以期提供借鑒。

關(guān)鍵詞：電動汽車；充電樁；防觸電保

引言

隨著居民生活水平的提升，我國汽車得到了大面積普及。但是，使yong汽油、柴油等傳統(tǒng)燃料的汽車， 尾氣排放對環(huán)境污染嚴(yán)重。在此情況下，電動汽車應(yīng)運(yùn)而生，隨之的一系列配套設(shè)備成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。

一、電動汽車及配套設(shè)備

傳統(tǒng)的汽車以汽油和柴油為燃料，在行駛過程中要排放大量的尾氣。電動汽車的動能從燃料改為電池驅(qū)動，不僅能夠緩解我國的能源危機(jī)，還實(shí)現(xiàn)了*排放，有利于保護(hù)環(huán)境 [1]。當(dāng)電動汽車的驅(qū)動電池電能消耗過多時(shí)，會出現(xiàn)不能便捷找到充電點(diǎn)等現(xiàn)實(shí)問題，導(dǎo)致電動汽車在我國的實(shí)際利用率不高。

為了解決電動汽車面臨的沒有充電點(diǎn)的問題，研究學(xué)者為電動汽車設(shè)計(jì)了相配套的充電設(shè)備，其中充電樁就是這一系列充電設(shè)備中便捷、可靠、快速的設(shè)施之一，得到了大面積使用。然而，由于充電樁和居民用電、電動自行車充電不同，對汽車的充電必然是一個(gè)大功率、大電流的設(shè)施，價(jià)格昂貴，一般位于公共場所。因此，擺放在公共場所的電動汽車充電樁能否安穩(wěn)使用，成為消費(fèi)者、企業(yè)和三方關(guān)心的問題。

二、充電樁的安穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)

在充電樁的生產(chǎn)與使用過程中，國家有關(guān)部門制定了一系列政策要求。對于充電樁的安穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)，以 IEC 為主的通用標(biāo)準(zhǔn)成為企業(yè)生產(chǎn)合格達(dá)標(biāo)充電樁的主要依據(jù)?，F(xiàn)行的 IEC61851-1 充電樁安穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)，是我國相關(guān)部門在 2010 年針對電動汽車行業(yè)以及其附屬產(chǎn)業(yè)充電樁的發(fā)展制定的一套通用標(biāo)準(zhǔn) [2]，具體涵蓋了充電樁的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)以及電流標(biāo)準(zhǔn)等。在整個(gè) IEC 充電樁安穩(wěn)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)中，相關(guān)部門針對充電樁耗電量大、電壓高、電流大等特點(diǎn)制定了許多要求， 包括防止充電樁過熱、防止大能量電弧、防止充電樁發(fā)生機(jī)械危險(xiǎn)、防止充電樁不符合操作流程等。這些要求雖然種類繁多，但仍以防觸電保護(hù)要求為較重、較根本的要求。

三、電動汽車充電樁對防觸電保護(hù)的要求

由于充電樁是為電動汽車的投入使用而生，因此對于充電樁的防觸電保護(hù)應(yīng)當(dāng)注意電動汽車在進(jìn)行充電時(shí)的安穩(wěn)問題，一旦充電樁或者電動汽車的任何接觸部位發(fā)生絕緣破壞無法進(jìn)行正常的防觸電保護(hù)，應(yīng)當(dāng)立即切斷二者之間的聯(lián)系，并通過 jing示的方式告知消費(fèi)者。因此，充電樁的生產(chǎn)廠家不僅要考慮到充電樁平時(shí)的防護(hù)觸電保護(hù)，更要考慮到充電樁在電動汽車進(jìn)行充電時(shí)與電動汽車進(jìn)行連接時(shí)的防觸電保護(hù)。目前，按照我國充電樁的分類，相關(guān)學(xué)者有著不同的防觸電研究。

1、對于交流充電樁的防觸電保護(hù)要求

對于交流充電樁，相關(guān)研究學(xué)者將控制導(dǎo)引電路安置在充電樁與電動汽車的連接中。這種電路裝置一方面在電動汽車的整個(gè)充電過程確認(rèn)電動汽車和充電樁是否完成了所有線路的連接，確保危險(xiǎn)帶電體被絕緣層覆蓋，另一方面也要持續(xù)監(jiān)控電動汽車充電的全過程。當(dāng)電動汽車和充電樁之間的接地線斷開時(shí)，該電路應(yīng)當(dāng)做到在 100 ms 內(nèi)切斷二者之間的聯(lián)系和充電樁的電源。一旦該電路故障、電動汽車和充電樁之間的接地線連接不嚴(yán)，電動汽車將無法和充電樁保持等電位聯(lián)結(jié)，電動汽車被內(nèi)部的絕緣將會失效，危險(xiǎn)電壓將通過金屬車身直接與消費(fèi)者接觸，消費(fèi)者很有可能發(fā)生觸電危險(xiǎn)。

2、對直流充電樁的防觸電保護(hù)要求

除了交流充電樁以外，研究者對于直流充電樁也進(jìn)行了相應(yīng)的防觸電保護(hù)。直流充電樁的電機(jī)分為隔離式和非隔離式。前者是指直流充電樁在輸出電路和電源的交流側(cè)基本上是絕緣狀態(tài)，是我國目前在 IEC 和《安穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)計(jì)中主要針對的一種充電樁。在有關(guān)直流充電樁的安穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)部分，主要規(guī)定了直流充電樁需要要安裝相應(yīng)的自動切斷電源裝置，以及直流充電樁應(yīng)當(dāng)能夠在正常使用時(shí)與交流電源側(cè)中的 A 型漏電保護(hù)器相兼容。

四、安科瑞充電樁運(yùn)營管理平臺

1、系統(tǒng)架構(gòu)

安科瑞Acrelcloud-充電樁收費(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)的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時(shí)對各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)jing；用戶通過微信小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應(yīng)的充電樁完成電動汽車的充電過程。

充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進(jìn)行直連。云平臺包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)營的所有功能，具體功能如下：

資源管理：充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶檔案管理，充電樁運(yùn)行監(jiān)測，充電樁異常交易監(jiān)測。

交易結(jié)算：充電價(jià)格策略管理，預(yù)收費(fèi)管理，賬單管理，營收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)表

用戶管理：用戶注冊，用戶登錄，用戶帳戶管理，消息管理

充電服務(wù)：充電設(shè)施搜索，充電設(shè)施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結(jié)算，導(dǎo)航等

微信小程序：掃碼充電，賬單支付等功能

數(shù)據(jù)服務(wù)：數(shù)據(jù)采集，短信提醒，數(shù)據(jù)存儲和解析

變壓器監(jiān)控：監(jiān)控充電站變壓器負(fù)荷，每個(gè)充電站配備一塊ARCM300T無線表，超負(fù)荷時(shí)系統(tǒng)自動對充電樁的進(jìn)行調(diào)度管理，即當(dāng)負(fù)荷超過百分之五十時(shí)，系統(tǒng)會限制新增開始充電的充電樁的功率，降為百分之五十，當(dāng)變壓器負(fù)荷超過百分之八十時(shí)，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。

2、平臺功能

2.1平臺登錄

在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權(quán)限密碼，進(jìn)行登錄，防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。

2.2平臺首頁

平臺首頁總覽每天的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時(shí)長，累計(jì)的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時(shí)長，以及相應(yīng)的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導(dǎo)航、本月充電統(tǒng)計(jì)。

2.3實(shí)時(shí)監(jiān)控

l 充電站監(jiān)控

充電站監(jiān)控頁面監(jiān)視用戶充電槍總數(shù)、正在充電的槍數(shù)、空閑槍數(shù)、插槍數(shù)量、故障槍數(shù)量等，匯總了用戶擁有各樁的當(dāng)日充電總次數(shù)、總電量、總時(shí)長，進(jìn)行負(fù)荷限制、故障查詢。

l充電槍監(jiān)控

充電樁監(jiān)控頁面充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數(shù)、今日充電時(shí)長和累計(jì)充電電量、累計(jì)充電次數(shù)、累計(jì)充電時(shí)長等、充電電壓電流等參數(shù)。

2.4微信小程序

l 搜索與使用

微信小程序可以通過掃描二維碼和微信文字搜索找到，點(diǎn)擊后可以加入到小程序列表，如下圖所示

l 授權(quán)登錄界面

用戶通過搜索或者掃碼等途徑初次打開小程序時(shí)，會進(jìn)入這個(gè)頁面，需要用戶授權(quán)登錄才可以進(jìn)入小程序主功能頁面，如圖所示：

l主功能頁

初次進(jìn)入主功能頁時(shí)需要授權(quán)定位才可以使用地圖相關(guān)功能，在地圖上查看到當(dāng)前所在區(qū)域的充電站，查看充電站信息，可以進(jìn)行掃碼充電操作，地圖導(dǎo)航等。

l充電

掃描充電槍上的二維碼，如果當(dāng)前充電樁可用即可進(jìn)入充電選擇頁面，可以查看到當(dāng)前的充電站名稱、充電槍名稱，以及當(dāng)前的賬戶余額，電價(jià)和預(yù)計(jì)可充電量等數(shù)據(jù)，還可以查看當(dāng)前賬戶的歷史充電記錄。充電方式分為按時(shí)間充電、按金額充電、按電量充電這三種方式。充電結(jié)束可以進(jìn)進(jìn)行評價(jià)。

l 個(gè)人信息

個(gè)人信息可以顯示當(dāng)前登錄賬號的昵稱和余額，同時(shí)包括、充值、充值記錄查詢、賬單查詢、充電記錄查詢、設(shè)置支付密碼等功能