淺談關(guān)于新能源電動(dòng)汽車(chē)的電氣安全探討

安科瑞 陳聰

摘要：傳統(tǒng)汽車(chē)一直使用的是石油燃料，石油是不**生的能源其儲(chǔ)藏量與可開(kāi)采量資源正面臨枯竭，加上化石燃料燃燒所產(chǎn)生的污染問(wèn)題也日趨嚴(yán)重。采用混合動(dòng)力、乙醇燃料、氫燃料等作為動(dòng)力源的新能源汽車(chē)*將成為未來(lái)汽車(chē)主流的發(fā)展方向。新能源汽車(chē)動(dòng)力源方面的現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。但是有一個(gè)問(wèn)題*須提醒用戶(hù)與相關(guān)各方注意，那就是新能源汽車(chē)的電氣安全問(wèn)題，這有可能引發(fā)觸電與電氣火災(zāi)的問(wèn)題，還有就是電池的安全問(wèn)題*須引起重視。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē)；電氣安全

引言

環(huán)境污染、石油短缺、氣候變暖是全球汽車(chē)產(chǎn)業(yè)面對(duì)的共同挑戰(zhàn)，產(chǎn)業(yè)界與各國(guó)**，但我國(guó)卻是一個(gè)能源消耗大國(guó)，其中石油消耗量?jī)H次于美國(guó)。同時(shí)，燃油汽車(chē)會(huì)產(chǎn)生許多有害氣體，不僅污染環(huán)境，還嚴(yán)重地影響到了人類(lèi)健康，機(jī)動(dòng)車(chē)的排氣污染已經(jīng)成為城市大氣污染的主要原因，也是目前眾多城市天氣陰霾的原因之一。汽車(chē)排放出來(lái)的二氧化碳是全球**要的溫室氣體，它是造成氣候變化的主要原因。

1. 現(xiàn)階段新能源汽車(chē)

1現(xiàn)階段新能源汽車(chē)

1.1純蓄電池電動(dòng)汽車(chē)

這類(lèi)汽車(chē)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)源于車(chē)載可充電蓄電池裝置。大部分車(chē)輛直接采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，有一部分車(chē)輛把電動(dòng)機(jī)裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，也有一部分直接以車(chē)輪作為四臺(tái)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，其難點(diǎn)在于電力儲(chǔ)存技術(shù)。純電動(dòng)本身不排放污染大氣的有害氣體，即使按所耗電量換算為發(fā)電廠的排放，除硫與微粒外，其它污染物也比燃油汽車(chē)的少得多。對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的推廣與發(fā)展，目前*大的障礙是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及價(jià)格影響了產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。目前蓄電池單位重量?jī)?chǔ)存的能量太少，而且充電時(shí)間長(zhǎng)，以額定功率為21千瓦的單臺(tái)交流充電樁為例，充滿一輛電動(dòng)轎車(chē)至少需要3個(gè)小時(shí)。

1.2混合動(dòng)力汽車(chē)

混合動(dòng)力汽車(chē)指車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)或單獨(dú)供給的混合動(dòng)力(電動(dòng))汽車(chē)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以單獨(dú)使用發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，也可以同時(shí)使用電動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛。

（1）采用混合動(dòng)力后可按平均需用的功率來(lái)確定內(nèi)燃機(jī)的*大功率，此時(shí)處于油耗低、污染少的*優(yōu)工況下工作。需要大功率內(nèi)燃機(jī)功率不足時(shí)，由電池來(lái)補(bǔ)充；負(fù)荷少時(shí)，富余的功率可發(fā)電給電池充電，由于內(nèi)燃機(jī)可持續(xù)工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程與普通汽車(chē)一樣。

（2）因?yàn)橛辛穗姵?，可以十分方便地回收制?dòng)時(shí)、下坡時(shí)、怠速時(shí)的能量。

（3）在繁華市區(qū)，可關(guān)停內(nèi)燃機(jī)，由電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“零”排放。

（4）有了內(nèi)燃機(jī)可以十分方便地解決耗能大的空調(diào)、取暖、除霜等純電動(dòng)汽車(chē)遇到的難題。

二、新能源汽車(chē)的電氣安全問(wèn)題

新能源汽車(chē)的電氣安全分為3個(gè)方面:一是車(chē)載部分，從車(chē)載充電器、電池組到調(diào)速控制器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這些都是高電壓大電流，是*點(diǎn)部分，也是電氣安全的*點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。至于車(chē)載充電器的低壓電源部分則不在此例。二是慢充電部分，車(chē)載發(fā)電機(jī)發(fā)電后經(jīng)車(chē)載充電器對(duì)電池組進(jìn)行充電。這部分制造商考慮較為周全，做得也比較到位，與用戶(hù)關(guān)系不大。如果用戶(hù)在停車(chē)之后進(jìn)行慢充電，一般是在公用智能售電器(充電柏上充電或在家中的電源插座上充電，這個(gè)過(guò)程與用戶(hù)有直接關(guān)系。充電時(shí)功率大小與混合動(dòng)力或純電動(dòng)車(chē)車(chē)型、車(chē)輛的充電器功率大小、車(chē)輛設(shè)定的充電速度與充電方式有關(guān)。這個(gè)階段是出現(xiàn)車(chē)輛電氣事故的高發(fā)區(qū)。值得注意的是制造商對(duì)于這個(gè)問(wèn)題勢(shì)*都考慮到了，而對(duì)于用戶(hù)而言，普通常規(guī)的電氣知識(shí)是有的，但太專(zhuān)業(yè)或太復(fù)雜的問(wèn)題，則是勉為其難了。因此，制造商得有萬(wàn)全之策，應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題，如配備車(chē)載直流漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)、斷路器、防止車(chē)載電流的輸出線路發(fā)生短路的自動(dòng)切斷電源等。三是對(duì)于車(chē)輛的電池而言，需外插電源充電，若慢充電可在自家的電源插座上獲取電源，那么車(chē)載配置的插頭就是民用的插頭;如到公用充電樁上去充電，插座若是220V的就可一套通用，若是380V的插座是工業(yè)**的，那么車(chē)上要有兩套插頭。用戶(hù)自行慢充電其安全性在于插頭的插拔過(guò)程中插頭插座的松緊程度、南方雨天的防水問(wèn)題、長(zhǎng)時(shí)間充電的銅電*發(fā)熱等多方面問(wèn)題。

三、措施

根據(jù)純電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)際結(jié)構(gòu)和電路特性，設(shè)計(jì)安全合理的保護(hù)措施，是確保駕乘人員和車(chē)輛設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵。為了保證高壓電安全，*須針對(duì)高壓電防護(hù)進(jìn)行特別的系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和美國(guó)、歐洲、日本等都先后發(fā)布了若干電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的高壓電安全及控制制定了較為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和要求，并規(guī)定了高壓系統(tǒng)*須具備高壓電自動(dòng)切斷裝置。其中涉及與電動(dòng)車(chē)安全有關(guān)的電氣特性有：絕緣特性、漏電流、充電器的過(guò)電流特性和爬電距離及電氣間隙等。

電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行情況非常復(fù)雜，在運(yùn)行過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)部件間的相互碰撞、摩擦、擠壓，這有可能使原本絕緣良好的導(dǎo)線絕緣層出現(xiàn)破損；接線端子與周?chē)饘俪霈F(xiàn)搭接；高壓電纜絕緣介質(zhì)老化或受潮濕環(huán)境影響等因素都會(huì)導(dǎo)致高電壓電路和車(chē)輛底盤(pán)之間的絕緣性能下降，電源正負(fù)*引線將通過(guò)絕緣層和底盤(pán)構(gòu)成漏電流回路。當(dāng)高壓電路和底盤(pán)之間發(fā)生多點(diǎn)絕緣性能下降時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致漏電回路的熱積累效應(yīng)，可能造成車(chē)輛的電氣火災(zāi)。車(chē)載電池組要切忌輸出電源線的正負(fù)*相碰，以免引起短路。電焊機(jī)就是正負(fù)*相碰產(chǎn)生電弧，將連個(gè)工件融化后凝結(jié)為一體，若一個(gè)車(chē)載電池組在充滿電時(shí)，不慎使輸出電源的正負(fù)*相碰，那就是一個(gè)電焊作業(yè)過(guò)程，一旦形成，輕則使電池*板損傷，重則燒傷操作者乃至電弧起火釀成事故。因此，車(chē)輛電源系統(tǒng)中要有斷路器。還要防止正負(fù)*相碰，特別是插頭插座。因此，高壓電氣系統(tǒng)相對(duì)車(chē)輛底盤(pán)的電氣絕緣性能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)也是電動(dòng)汽車(chē)電氣安全技術(shù)的核心內(nèi)容。

電動(dòng)汽車(chē)電氣安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整車(chē)電氣狀態(tài)信息，如總電壓、總電流、正負(fù)母線對(duì)地電壓值、正負(fù)母線絕緣電阻值、輔助電壓、繼電器連接狀況等，并通過(guò)CAN總線輸出測(cè)得的各部分的狀態(tài)及數(shù)值，輸出系統(tǒng)的報(bào)警狀態(tài)和通斷指令，從而確保電動(dòng)汽車(chē)的安全運(yùn)行。

四、安科瑞智慧消防云平臺(tái)

1平臺(tái)概述

安科瑞智慧消防云平臺(tái)依托物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI等技術(shù)，對(duì)充電站配電系統(tǒng)的運(yùn)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(jiān)控和預(yù)警，為充電站的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供保障，并及時(shí)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(cái)產(chǎn)安全，打造“安全、*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(jì)價(jià)值。

2適用場(chǎng)合

可廣泛應(yīng)用于醫(yī)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(qū)；企業(yè)、住宅小區(qū)等場(chǎng)所。

3組網(wǎng)架構(gòu)

平臺(tái)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，主要由終端感知設(shè)備、邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)和能效管理平臺(tái)層三個(gè)部分組成，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

4參考選型

5相關(guān)產(chǎn)品介紹

5.17KW交流充電樁AEV-AC007D

產(chǎn)品功能

（1）智能監(jiān)測(cè)：充電樁智能控制器對(duì)充電樁具備測(cè)量、控制與保護(hù)的功能，如運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)、充電計(jì)量與計(jì)費(fèi)以及充電過(guò)程的聯(lián)動(dòng)控制等。

（2）智能計(jì)量：輸出配置智能電能表，進(jìn)行充電計(jì)量，具備完善的通信功能，可將計(jì)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(yùn)營(yíng)平臺(tái)。

（3）云平臺(tái)：具備連接云平臺(tái)的功能，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，財(cái)務(wù)報(bào)表分析等等。

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

（6）適配車(chē)型：滿足國(guó)標(biāo)充電接口，適配所有符合GB/T20234.2-2015國(guó)標(biāo)的電動(dòng)汽車(chē)，適應(yīng)不同車(chē)型的不同功率。

（7）資產(chǎn)安全：產(chǎn)品全部由中國(guó)平安保險(xiǎn)承保，充分保障設(shè)備、車(chē)輛、人員的安全。

5.2直流充電樁系列

5.3電氣火災(zāi)探測(cè)器ARCM300-Z

5.4限流式保護(hù)器ASCP200

產(chǎn)品功能：

（1）短路保護(hù)：保護(hù)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用電線路電流，當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，能在150微秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；

（2）過(guò)載保護(hù)：當(dāng)線路電流過(guò)載且持續(xù)時(shí)間超過(guò)動(dòng)作時(shí)間（3~60秒可設(shè)）時(shí)，保護(hù)器啟動(dòng)限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；

（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(guò)高時(shí)，保護(hù)器實(shí)施超溫限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；

（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(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

6平臺(tái)功能

6.1登錄

6.2首頁(yè)

平臺(tái)首頁(yè)顯示充電站的位置及在線情況，統(tǒng)計(jì)充電站的充電數(shù)據(jù)

6.3實(shí)時(shí)監(jiān)控

（1）充電站監(jiān)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(tǒng)計(jì)訂單信息、故障記錄，點(diǎn)擊某個(gè)充電槍編號(hào)后在進(jìn)入充電槍監(jiān)控頁(yè)面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器負(fù)荷（搭配ACM300T、ADW300），當(dāng)負(fù)荷超過(guò)50%時(shí)，系統(tǒng)會(huì)限制新增開(kāi)始充電的充電樁的功率，降為50%，當(dāng)變壓器負(fù)荷超過(guò)80%時(shí)，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開(kāi)始充電，直到負(fù)荷下降為止。如圖所示：

統(tǒng)計(jì)當(dāng)前充電站各充電樁回路的數(shù)據(jù)；通過(guò)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(duì)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(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(bào)警，如圖所示：

6.4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(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：

6.5能耗分析

在能耗分析中，可查看*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(duì)應(yīng)的能耗趨勢(shì)圖。如圖所示：

6.6故障分析

在故障分析中，可查看相關(guān)時(shí)間內(nèi)的故障數(shù)、故障狀態(tài)、故障類(lèi)型、趨勢(shì)分析以及故障列表。如圖所示：

6.7財(cái)務(wù)報(bào)表

在財(cái)務(wù)報(bào)表中，可根據(jù)時(shí)間查看關(guān)聯(lián)站點(diǎn)的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)。如圖所示：

6.8收益查詢(xún)

在收益查詢(xún)中，可查看總的收益統(tǒng)計(jì)、收益變化曲線圖、支付占比餅圖以及實(shí)際收益報(bào)表。如圖所示：

7案例實(shí)景

五、結(jié)語(yǔ)

就目前我國(guó)新能源汽車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，我國(guó)的的新能源汽車(chē)發(fā)展前景十分美好，將會(huì)贏得市場(chǎng)，因此*須完善新能源汽車(chē)的電氣安全，使它帶動(dòng)其他行業(yè)的發(fā)展，將在有效改善我國(guó)空氣質(zhì)量以及解決能源問(wèn)題的同時(shí)將會(huì)促進(jìn)我國(guó)汽車(chē)行業(yè)以及我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展。

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