关于新能源电动汽车充电安全分析与研究
安科瑞 陈聪
摘要：随着近年来国内外对节能减排的重视程度不断增加，电动汽车逐渐出现在人们的视野中。而随着电动汽车和充电领域的不断发展，充电安全问题成为人们关注的焦点问题。本文就此背景之下，对电动汽车充电安全进行了详细的分析与研究，以期提高充电的安全性，保证人们的生命安全，促进电动汽车行业的良好发展。
关键词：电动汽车；充电安全；新能源
0引言
随着环境问题越来越严重，各个对环境保护和能源节约加强了重视，并出台了一系列的新能源政策，电动汽车就是在此环境之下“出生”的。然而，我国对于电动汽车的研制较晚，相对应的充电安全措施不够完善，导致充电安全性不高，威胁着人们的生命安全。故此，本文对电动汽车充电安全进行研究具有一定的价值和作用。
1安全等级划分分析
分析电动汽车的充电安全之前，需要对其安全性进行等级的划分，从而根据等级进行安全措施的制定，保证电动汽车充电安全的可靠性和合理性。一般情况下，我们会将安全等级分为三个，在进行等级划分的过程中，视事故产生的后果影响不同作为参考。一级一般指的是人对充电安全所造成的后果；二级指的是电动汽车周围的设施对充电安全产生的后果；三级指的是充电设备对充电安全产生的后果。
2安全问题研究模型
在对电动汽车充电安全问题分析之前，需要对安全问题建立相关的研究模型，保证研究的可靠性。在模型的建立过程中，风险是研究的主要对象，并对安全隐患发生的原因进行详细的分析，总结出一定的规律，依据规律，有关人员就可以制定出详细的解决对策，保证电动汽车充电的安全性。
3影响安全的因素分析
3.1绝缘问题和充电安全
我们知道，设备的绝缘性是保证线路安全运行的基本，也是防止人员发生触电危害的重要措施，表1[1]就现阶段的安全隐患处理与充电安全措施进行总结。
3.1.1外壳防护能力
如图1是两种直流充电连接器的插头，从图中我们可以看出，一种正负充电极有绝缘帽保护，而二种外边则是金属。因此，我们就可以断定二种充电接触插头很容易发生触电危险，不符合的有关规定。3.1.2电气间隙与爬电距离在的有关标准中，对于电气间隙和爬电距离是有一定的要求的。这些要求的存在就是为了保证设备在实际工作中不会出现故障和毁坏的问题，因此，有关设计人员在对产品进行设计的过程中，一定要查阅有关标准，防止出现电压的绝缘击穿现象。
3.1.2电气间隙与爬电距离
有关标准中，对于电气间隙和爬电距离是有一定的要求的。这些要求的存在就是为了保证设备在实际 工作中不会出现故障和毁坏的问题，因此，有关设计人员在对产品进行设计的过程中，一定要查阅有关标准， 防止出现电压的绝缘击穿现象。
3.1.3介电强度
介电强度指的是能够将材料评定实收作为绝缘体的抗电强度。有关标准对其也进行了相关规定，要求在实际充电过程中，所使用的绝缘材料要符合介电强度的相关标准。而经过研究发现，绝缘材料的介电强度越高，其抗电强度也就越好，能够承受的电压击穿也就越强。
3.1.4绝缘电阻
为了保障设备在正常或者是特殊的环境下进行工作，需要对设备的绝缘电阻进行性能的检测，此外，还要对其安全性和可靠性进行检测，从而保证设备能够顺利开展工作。而在电气设备和电气线路的安装过程中，其安装的标准就是绝缘电阻的阻值。一般情况下，电阻的阻值越大的情况下，其材料的绝缘性能就越强，人们的安全就越有保障。
3.1.5接触电流
所谓的接触电流指的是人或者是动物在接触带电设备和零件的过程中，电流流经身体的过程。一般情况下，对于接触电流的评定，可以用流经网络的电流值来确定。此外，为了减少接触电流对人们的伤害，需要人们佩戴一定的防护措施。
3.1.6冲击耐压
对装置无电气联系的各回路之间以及无电气联系的各回路对地的电气间隙、绝缘介质能够在某一瞬间过电压时发生击穿或放电的验证现象[2]。
3.2环境因素
在电动汽车充电的过程中，影响其安全的环境因素指的是防风、防盗和防腐蚀等内容，这些对于电动汽车充电安全的影响非常大，因此需要我们采取有效的措施进行防范。
3.3保护措施因素
在电动汽车的充电过程中，应该有一些保护措施来保障充电的安全性的，但是需要注意的是，对于这些保护措施要进行定期的监测，防止出现保护措施因故障而没有保护功能的现象，例如：绝缘皮层的老化、腐蚀等。
3.4通信协议对电动汽车快速充电的影响因素
在对电动汽车进行充电的过程中，直流电的快速充电和慢速充电是有区别的。在进行快速充电的过程中，由于输出的电压瞬间可达几千伏，从而对人体的威胁隐患增大，因此需要有一定的保护措施。总之，通信协议对电动汽车快速充电有着很大的影响。
4电动汽车充电安全的相关解决方案
4.1根据安全等级，设立三道安全防线
通过上文中对安全等级的分析，我们可以根据电动汽车的实际充电问题，从三个安全等级入手，建立三道安全防线。首先，对人的防范，人体在进行电动汽车的充电作业时，要穿戴规定的防护措施，保证身体安全；其次，对周围设施的防范，针对电动汽车充电的设施环境，制定出合理的防护措施;对充电设备的防范，充电设备在进行充电之前，一定要由专业人士对其进行检测，保证其运行的安全、可靠性。
4.2优化电动汽车的绝缘性能
影响电动汽车充电安全的因素中，绝缘性能的安全影响因素就有很多种，这就需要有关电动汽车设计人员，在进行电动汽车的设计过程中，将这些绝缘性能的影响因素充分考虑进去，从而提高绝缘材料的寿命，保证电动汽车绝缘性能更佳。此外，还需要建立绝缘监测及评估体制，并对通信协议的安全性进行实测，优化电动汽车本身及充电桩和充电设施的绝缘部件的绝缘性能[3]。
4.3采用保护装置
电动汽车属于经常使用的交通工具，这种情况下，使得外部环境因素对其充电安全性的影响增加，长时间的使用之后，一些电动汽车的零部件可能会出现腐蚀或者是侵蚀的问题，从而影响电动汽车充电安全。因此，在电动汽车上安装有效的保护装置，能够进一步地提高电动汽车的安全性、运行稳定性。
5安科瑞智慧消防云平台
5.1平台概述
安科瑞智慧消防云平台依托物联网、云计算、互联网、大数据、AI等技术，对充电站配电系统的运行、电能消耗、电能质量、充电安全和行为安全进行实时监控和预警，为充电站的可靠、安全、经济运行提供保障，并及时切除安全隐患、避免电气火灾发生，从而保障人员的生命财产安全，打造“安全、高效、舒适、绿色”的“人—车—桩—电网—互联网—多种增值业务”的智慧充电站，提升充电站的社会和经济价值。
5.2适用场合
可广泛应用于医院、学校、酒店、体育场等公共建筑；商业广场、产业园等综合园区；企业、住宅小区等场所。
5.3组网架构
平台采用分层分布式结构，主要由终端感知设备、边缘计算网关和能效管理平台层三个部分组成，详细拓扑结构如下：
5.4参考选型
| 序号 | 名称 | 单位 |
| 1 | 智慧用电云平台 | EIOT |
| 2 | 电气火灾探测器 | ARCM300系列 |
| 3 | 限流式保护器 | ASCP系列 |
| 4 | 汽车充电桩 | AEV200系列 |
6相关产品介绍
6.17KW交流充电桩AEV-AC007D
产品功能
（1）智能监测：充电桩智能控制器对充电桩具备测量、控制与保护的功能，如运行状态监测、故障状态监测、充电计量与计费以及充电过程的联动控制等。
（2）智能计量：输出配置智能电能表，进行充电计量，具备完善的通信功能，可将计量信息通过RS485分别上传给充电桩智能控制器和网络运营平台。
（3）云平台：具备连接云平台的功能，可以实现实时监控，财务报表分析等等。
（4）保护功能：具备防雷保护、过载保护、短路保护，漏电保护和接地保护等功能。
（5）材质可靠：保证长期使用并抵御复杂天气环境。
（6）适配车型：满足国标充电接口，适配所有符合GB/T20234.2-2015国标的电动汽车，适应不同车型的不同功率。
（7）资产安全：产品全部由中国平安保险承保，充分保障设备、车辆、人员的安全。
6.2直流充电桩系列
6.3电气火灾探测器ARCM300-Z
| 序号 | 名称 | 型号、规格 | 单位 | 数量 | 备注 |
| 1 | 电气火灾监控装置 | 三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、COSφ），视在电能、四象限电能计算，单回路剩余电流监测，4路温度监测，2路继电器输出，2路开关量输入，事件记录，内置时钟，点阵式LCD显示，1路独立RS485/Modbus通讯，支持4G/NB等多种无线上传方案，支持断电报警上传功能。 | 只 | 1 | 安科瑞 |
6.4限流式保护器ASCP200
| 项目 | 指标 | |
| 输入电压 | AC85~265V，45~65HZ | |
| 功耗 | 功耗≤5VA(无负载情况下) | |
| 额定电流 | 0~63A可设置 | |
| 短路保护时间 | <150μs | |
| 过载保护 | 动作范围:110%~140%;动作延时:3~60s | |
| 过压保护 | 动作范围:100%~120%;动作延时:0~60s | |
| 欠压保护 | 动作范围:60%~100%;动作延时:0~60s | |
| 线缆温度监测 | 监测范围 | -20~120℃(精度±2℃) |
| 报警设置 | 动作范围:45~110℃;动作延时:0~60s | |
| 漏电流监测 | 监测范围 | 20~1000mA(精度:±2%或±5nA) |
| 报警设置 | 动作范围:30~1000mA;动作延时:0~60s | |
| 故障记录 | 20条记录(故障类型、故障值、故障时间) | |
| 报警方式 | 声光报警(其中声音可以通过消音按键消除) | |
| 通讯 | 1路RS485接口，Modbus-RTU协议;1路2G无线通讯 | |
产品功能：
（1）短路保护：保护器实时监测用电线路电流，当线路发生短路故障时，能在150微秒内实现快速限流保护，并发出声光报警信号；
（2）过载保护：当线路电流过载且持续时间超过动作时间（3~60秒可设）时，保护器启动限流保护，并发出声光报警信号；
（3）表内超温保护：当保护器内部器件工作温度过高时，保护器实施超温限流保护，并发出声光报警信号；
（4）组网通讯：保护器具有1路RS485接口，可以将数据发送到后台监控系统，实现远程监控。
7平台功能
7.1登录
7.2首页
平台首页显示充电站的位置及在线情况，统计充电站的充电数据
7.3实时监控
（1）充电站监控
可以按站点名称进行筛选，显示站点详情、充电枪列表、统计订单信息、故障记录，点击某个充电枪编号后在进入充电枪监控页面实时监测变压器负荷（搭配ACM300T、ADW300），当负荷超过50%时，系统会限制新增开始充电的充电桩的功率，降为50%，当变压器负荷超过80%时，系统将不允许新增充电桩开始充电，直到负荷下降为止。如图所示：
统计当前充电站各充电桩回路的数据；通过卡片的形式展现充电桩的数据；显示故障列表；如图所示：
（2）充电桩监控
显示充电桩充电数据；显示各回路的充电状态；可以对充电中的回路进行手动终止；显示订单信息、故障信息；如图所示：
（3）设备监控
显示限流式保护器的状态，包括线路中的剩余电流、温度及异常报警，如图所示：
7.4故障管理
（1）故障查询
故障查询中记录了登录用户相关联的所有故障信息。如图所示：
（2）故障派发
故障派发中记录了当前待派发的故障信息。如图所示：
（3）故障处理
故障处理中记录了当前待处理的故障信息。如图所示：
7.5能耗分析
在能耗分析中，可查看指*时段关联站点和关联桩的能耗信息并显示对应的能耗趋势图。如图所示：
7.6故障分析
在故障分析中，可查看相关时间内的故障数、故障状态、故障类型、趋势分析以及故障列表。如图所示：
7.7财务报表
在财务报表中，可根据时间查看关联站点的财务数据。如图所示：
7.8收益查询
在收益查询中，可查看总的收益统计、收益变化曲线图、支付占比饼图以及实际收益报表。如图所示：
8案例实景
9结束语
综上所述，在电动汽车日益发展的今天，电动汽车充电安全是人们关注的焦点问题，因此本文在对安全等级进行划分的基础之上，探讨了影响电动汽车充电安全的因素，并提出了解决电动汽车充电安全的相关方案，这对于电动汽车行业的发展具有十分重要的意义。
参考文献
-
贺春，陈卓，冯瑾涛，银庆伟，李翔.电动汽车充电安全分析与解决方案
-
何志静，刘卯.电动汽车充电安全分析与解决方案研究[J].
[3] 杜航.电动汽车充电安全分析与解决方案「J1.科技展望，
[4] 崔 泓.电动汽车充电安全分析与研究
[5] 安科瑞企业微电网设计与应用手册