安科瑞充電樁防觸電保護功能

安科瑞 徐浩竣

江蘇安科瑞電器制造有限公司

18706168062

摘要：防觸電保護是電器安穩設計首先要考慮的問(wèn)題。介紹防觸電保護的基本要求和方法，然后結合電動(dòng)汽車(chē)充電設備的安穩標準，分析了這些方法如何合理運用，希望大家在安穩使用新能源技術(shù)的前提下，創(chuàng )造綠色、環(huán)保的明天。

關(guān)鍵詞：防觸電保護；直接觸電的防護；間接觸電的防護；附加防護

引言

  能源問(wèn)題、環(huán)境保護問(wèn)題日益成為國際社會(huì )關(guān)注的焦點(diǎn)，特別是在快速發(fā)展的中國不僅面臨石油短缺的嚴峻挑戰，而且隨著(zhù)汽油車(chē)保有量的飛速增長(cháng)，日益嚴重的汽車(chē)尾氣污染，已經(jīng)成為它不能承受的后果。在北京、上海、廣州等大城市，機動(dòng)車(chē)已成為排放一氧化碳、氮氧化物、碳氫化合物等污染物的一大污染源。業(yè)內人士估計，10~15年之后我國的汽車(chē)保有量可能超過(guò)1億輛。因此，治理汽車(chē)污染將是一項長(cháng)期的、艱巨的、復雜的系統工程。

  電動(dòng)汽車(chē)作為一種新型交通工具，用電池作驅動(dòng)，實(shí)現了零排放。它在緩解能源危機，保護環(huán)境方面有著(zhù)傳統汽油車(chē)無(wú)可比擬的優(yōu)勢。由于電動(dòng)汽車(chē)是靠電池驅動(dòng)，當電動(dòng)汽車(chē)電池的電能消耗到一定程度時(shí)，就需要依靠充電裝置對電動(dòng)汽車(chē)內的動(dòng)力電池進(jìn)行充電，從而滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)的循環(huán)使用。這樣充電裝置成為了電動(dòng)汽車(chē)使用環(huán)節中的重要一環(huán)。由于充電裝置相比其他的家用電器功率和電流都較大，大多數安裝在公共場(chǎng)所，充電裝置的使用安穩是所有電動(dòng)汽車(chē)的生產(chǎn)廠(chǎng)家、物業(yè)和車(chē)主共同關(guān)心的話(huà)題。充電裝置的使用安穩主要依靠充電裝置的安穩設計，結合IEC標準及中國國內的一些標準，探討充電裝置設計中須要注意的一些特殊要求。

一、安穩標準簡(jiǎn)介

  現行有效的IEC有關(guān)充電樁安穩標準為：IEC61851—1（2010電動(dòng)汽車(chē)傳導充電系統*1部分通用標準）；IEC61851—21（2002電動(dòng)汽車(chē)傳導充電系統第21部分交流/直流電源傳導連接的要求）；IEC61851—22（2002電動(dòng)汽車(chē)傳導充電系統第22部分交流電動(dòng)汽車(chē)充電站）；IEC61851—23（2014電動(dòng)汽車(chē)傳導充電系統第23部分直流電動(dòng)汽車(chē)充電站）。

  整個(gè)IEC61851的標準系統里面，它涵蓋了防觸電保護的要求，防止大能量電弧的要求，防止過(guò)熱的要求，防止機械危險的要求等。在諸多防護要求中，防觸電保護是較基本的，也是較重要的保護，因為潛在的電擊風(fēng)險又可以引起火災及其它復合危險，看不到、聞不到，不能預先感知，所以IEC的標準要求充電設備在設計時(shí)就要考慮到這些風(fēng)險，把這些風(fēng)險發(fā)生的機率降到較小。著(zhù)重討論IEC61851系列和GB系列有關(guān)充電設備防觸電保護的要求。

二、結合標準分析充電樁防觸電保護的要求

  由于充電樁在工作狀態(tài)時(shí)須要連接電動(dòng)汽車(chē)，所以充電樁不僅要有自身的防觸電保護措施，還需要檢測電動(dòng)汽車(chē)的安穩狀況，一旦發(fā)現電動(dòng)汽車(chē)絕緣破壞應立刻切斷電源。所以充電樁的充電電纜和電動(dòng)汽車(chē)的充電接口連在一起后，需要確認完全連接，并持續檢測電動(dòng)汽車(chē)的接地線(xiàn)是否和充電樁的接地保護線(xiàn)可靠地連接在一起。這里分別列舉一個(gè)交流充電樁和一個(gè)直流充電樁的連接和充電過(guò)程來(lái)分析防觸電保護措施的運用。

1、交流充電樁的連接

  從圖5可知充電樁和電動(dòng)汽車(chē)的連接點(diǎn)1，2是單相電源的L，N線(xiàn)的連接點(diǎn)，連接點(diǎn)3是接地保護連接點(diǎn)，連接點(diǎn)4是控制導引連接點(diǎn)，連接點(diǎn)5是位置檢測連接點(diǎn)。圖中R4，R5，R6，R7和開(kāi)關(guān)S3組成位置檢測的功能。當充電樁和電動(dòng)汽車(chē)完全連接后，測試點(diǎn)1的電壓由于充電樁連接器上的電阻R6并入位置檢測電路而發(fā)生變化，這樣檢測電路根據電壓的變化可判斷充電樁和電動(dòng)汽車(chē)是否已經(jīng)完全連接好，只有完全連接后充電樁才會(huì )向電動(dòng)汽車(chē)充電。S3的功能是防止充電樁和電動(dòng)汽車(chē)的連接意外斷開(kāi)。S3是常閉開(kāi)關(guān)，在正常連接時(shí)，R7是被短路的，當要斷開(kāi)連接時(shí)，由于S3和連接器的機械聯(lián)鎖組合在一起，需要要斷開(kāi)S3，這樣R7就并聯(lián)在位置檢測電路上，測試點(diǎn)1的電壓發(fā)生變化，檢測電路根據電壓的變化可判斷充電樁是否要和電動(dòng)汽車(chē)脫離連接，在充電樁的連接器和電動(dòng)汽車(chē)的插座脫離前及時(shí)切斷充電電流，防止電弧危險及危險帶電體被觸及。

2、直流充電樁的連接

  直流充電樁分為隔離直流充電機和非隔離直流充電機，所謂的隔離直流充電樁是指直流輸出電路和電源交流側至少是基本絕緣，目前電動(dòng)汽車(chē)充電樁的安穩標準主要針對隔離直流充電樁。在直流充電樁的安規標準中強調了需要采用自動(dòng)切斷電源的保護措施，同時(shí)要求直流充電樁應和交流電源側中的A型漏電保護器相兼容。在控制導引方面的防觸電保護，除了交流充電樁的要求之外，還增加了在充電前的絕緣電阻的檢測，要求絕緣電阻R：R≥100Ω/V*U （1）式中U為直流充電樁的額定輸出電壓。

  防電擊保護，交流側沿用了交流充電樁的基本要求，充電樁的金屬外殼需要和保護接地相連，實(shí)現等電位和自動(dòng)故障斷電。直流側見(jiàn)圖6中的隔離變壓器次級，直流+，-端和地之間跨接了絕緣監測器，它的目的在于監測直流輸出端和地的絕緣情況。當直流電流由隔離變壓器輸出時(shí)，變壓器次級的電路和地之間實(shí)際形成了IT系統，當直流端和地發(fā)生一次絕緣故障時(shí)，由于變壓器的隔離作用，直流端對地不能形成回路，所以故障電流很小，不足以觸發(fā)斷路器或漏電保護器動(dòng)作，如果不加以監測，那么這個(gè)故障就會(huì )作為一個(gè)隱患保留下來(lái)，潛在的風(fēng)險很大。所以在正式充電前還要進(jìn)行絕緣電阻的監測，絕緣電阻值不能小于式（1）計算出來(lái)的值，否則就不允許充電。

  當直流充電樁在充電過(guò)程中檢測到充電樁或汽車(chē)的異常情況，須要通過(guò)緊急終止來(lái)保證安穩。異常情況包括檢測到非正常的接地泄漏，過(guò)電流和絕緣失效。

三、安科瑞充電樁運營(yíng)管理平臺

1、系統架構

安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營(yíng)云平臺系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地數據采集和監控，同時(shí)對各類(lèi)故障如充電機過(guò)溫保護、充電機輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預警；用戶(hù)通過(guò)微信小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統發(fā)起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動(dòng)汽車(chē)的充電過(guò)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的數據交互協(xié)議，與云端進(jìn)行直連。云平臺包含了充電收費和充電樁運營(yíng)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(hù)檔案管理，充電樁運行監測，充電樁異常交易監測。

   交易結算：充電價(jià)格策略管理，預收費管理，賬單管理，營(yíng)收和財務(wù)相關(guān)報表

   用戶(hù)管理：用戶(hù)注冊，用戶(hù)登錄，用戶(hù)帳戶(hù)管理，消息管理

   充電服務(wù)：充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線(xiàn)自助支付充電，充電結算，導航等

   微信小程序：掃碼充電，賬單支付等功能

   數據服務(wù)：數據采集，****提醒，數據存儲和解析

   變壓器監控：監控充電站變壓器負荷，每個(gè)充電站配備一塊ARCM300T無(wú)線(xiàn)表，超負荷時(shí)系統自動(dòng)對充電樁的進(jìn)行調度管理，即當負荷超過(guò)百分之五十時(shí)，系統會(huì )限制新增開(kāi)始充電的充電樁的功率，降為百分之五十，當變壓器負荷超過(guò)百分之八十時(shí)，系統將不允許新增充電樁開(kāi)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(kāi)云平臺鏈接、輸入賬戶(hù)名和權限密碼，進(jìn)行登錄，防止未授權人員瀏覽有關(guān)信息。

2.2平臺首頁(yè)

  平臺首頁(yè)總覽每天的開(kāi)戶(hù)數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時(shí)長(cháng)，累計的開(kāi)戶(hù)數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時(shí)長(cháng)，以及相應的環(huán)比增長(cháng)和同比增長(cháng)以及樁、站分布地圖導航、本月充電統計。

2.3實(shí)時(shí)監控

?充電站監控

  充電站監控頁(yè)面監視用戶(hù)充電槍總數、正在充電的槍數、空閑槍數、插槍數量、故障槍數量等，匯總了用戶(hù)擁有各樁的當日充電總次數、總電量、總時(shí)長(cháng)，進(jìn)行負荷限制、故障查詢(xún)。

?充電槍監控

  充電樁監控頁(yè)面充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數、今日充電時(shí)長(cháng)和累計充電電量、累計充電次數、累計充電時(shí)長(cháng)等、充電電壓電流等參數。

2.4微信小程序

?搜索與使用

  微信小程序可以通過(guò)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。

?授權登錄界面

  用戶(hù)通過(guò)搜索或者掃碼等途徑初次打開(kāi)小程序時(shí)，會(huì )進(jìn)入這個(gè)頁(yè)面，需要用戶(hù)授權登錄才可以進(jìn)入小程序主功能頁(yè)面。

?主功能頁(yè)

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

?充電

  掃描充電槍上的二維碼，如果當前充電樁可用即可進(jìn)入充電選擇頁(yè)面，可以查看到當前的充電站名稱(chēng)、充電槍名稱(chēng)，以及當前的賬戶(hù)余額，電價(jià)和預計可充電量等數據，還可以查看當前賬戶(hù)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。充電結束可以進(jìn)進(jìn)行評價(jià)。

?個(gè)人信息

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

四、結束語(yǔ)

防觸電保護只是安穩防護的一個(gè)方面，充電樁的安穩防護還包括過(guò)載防護、短路防護、浪涌保護、機械防護等。充電樁安穩標準上的所有要求都圍繞著(zhù)上述防護的要求而展開(kāi)。需要強調的是，大部分充電樁都是固定安裝形式且多是I類(lèi)電器，所以?xún)H靠產(chǎn)品上采取的措施往往并不能完全滿(mǎn)足安穩的要求，還需要在電氣裝置的設計和安裝上補充一些必要的安穩措施。產(chǎn)品設計和電氣安裝設計通常是協(xié)調配合，相輔相成。