電動汽車充電樁的防觸電保護的分析研究

劉細鳳 

安科瑞電氣股份有限公司 上海 嘉定 201801

摘要：進入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行相應(yīng)的轉(zhuǎn)型升級，推動電動汽車市場不斷擴大。因此，將較重闡述電動汽車充電樁的防觸電保護，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)運而生，隨之的一系列配套設(shè)備成為人們關(guān)注的熱點。

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，還實現(xiàn)了*排放，有利于保護環(huán)境 [1]。當(dāng)電動汽車的驅(qū)動電池電能消耗過多時，會出現(xiàn)不能便捷找到充電點等現(xiàn)實問題，導(dǎo)致電動汽車在我國的實際利用率不高。

為了解決電動汽車面臨的沒有充電點的問題，研究學(xué)者為電動汽車設(shè)計了相配套的充電設(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大功率、大電流的設(shè)施，價格昂貴，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)計標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)以及電流標(biāo)準(zhǔn)等。在整個 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)生機械危險、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應(yīng)當(dāng)注意電動汽車在進行充電時的安穩(wěn)問題，一旦充電樁或者電動汽車的任何接觸部位發(fā)生絕緣破壞無法進行正常的防觸電保護，應(yīng)當(dāng)立即切斷二者之間的聯(lián)系，并通過 jing示的方式告知消費者。因此，充電樁的生產(chǎn)廠家不僅要考慮到充電樁平時的防護觸電保護，更要考慮到充電樁在電動汽車進行充電時與電動汽車進行連接時的防觸電保護。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充電過程確認電動汽車和充電樁是否完成了所有線路的連接，確保危險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，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，危險電壓將通過金屬車身直接與消費者接觸，消費者很有可能發(fā)生觸電危險。

2、對直流充電樁的防觸電保護要求

除了交流充電樁以外，研究者對于直流充電樁也進行了相應(yīng)的防觸電保護。直流充電樁的電機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)能夠在正常使用時與交流電源側(cè)中的 A 型漏電保護器相兼容。

四、安科瑞充電樁運營管理平臺

1、系統(tǒng)架構(gòu)

安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預(yù)jing；用戶通過微信小程序掃描二維碼，進行支付后，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，與云端進行直連。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，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，充電樁運行監(jiān)測，充電樁異常交易監(jiān)測。

交易結(jié)算：充電價格策略管理，預(yù)收費管理，賬單管理，營收和財務(wù)相關(guān)報表

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)控充電站變壓器負荷，每個充電站配備一塊ARCM300T無線表，超負荷時系統(tǒng)自動對充電樁的進行調(diào)度管理，即當(dāng)負荷超過百分之五十時，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)變壓器負荷超過百分之八十時，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電，直到負荷下降為止。

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)、充電時長，累計的開戶數(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。

2.3實時監(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、總時長，進行負荷限制、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)、今日充電時長和累計充電電量、累計充電次數(shù)、累計充電時長等、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，會進入這個頁面，需要用戶授權(quán)登錄才可以進入小程序主功能頁面，如圖所示：

l主功能頁

初次進入主功能頁時需要授權(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，電價和預(yù)計可充電量等數(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)束可以進進行評價。

l 個人信息

個人信息可以顯示當(dāng)前登錄賬號的昵稱和余額，同時包括、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