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其次技术与管理力度 剖析电动汽车充电安全与解决方案

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其次技术与管理力度 剖析电动汽车充电安全与解决方案

通告日期:2018-03-12 笔者: 点击:

最近,随着新能源政策陆续出台,厦门电动汽车的升华方向强劲,对电动汽车充电设施配套建设之需要极为迫切,从而尽快展开对电动汽车充电设施建设之心路研究、布局规划和落脚点工程,对实现资源替代,规范化资源结构,增长清洁能源占比具有关键意义。

在充电设施建设方面,2015年,江山发展改革委等部委发布之《机关汽车充电基础设施发展规范(2015-2020年)》(以下简称《旗帜》)官方提出:到2020年,名将新增集中式充换电站超过1.2万座,分散式充电桩超过480万个,以满足全国500万辆电动汽车充电需求。《旗帜》着力点为快速推进充电设施的条件和振兴,合同电动汽车充电的实质性。充电安全问题应及早考虑,避免在振兴中后期出现安全隐患,送国家和国民带来不必要的损失。

机关汽车有他特殊之平安需要,她直接或者间接与老百姓生活相关,决定了充电设施安全性设计需要考虑的要素比传统农业设备更多、更复杂。

本文从对电动汽车充电安全等级的概念入手,重组当前人们对安全的认识,穿过对安全模型的研讨和故事链的梳理,成立电动汽车充电安全模型,提起相应的安全措施,再针对不同之安全措施建立技术、管理闭环工作模型,穿过不同环节、不同单位的协同工作最终达到整个系统之充电安全。本文是借以全生命周期质量保证体系的定义,精算建立一个全生命周期充电安全模型。

1 安全等级

国家标准GB/T 28001—2011《工作健康安全管理系统要求》对“安全”的概念是:“解除了不可接收的损害风险的状态”。为了更好地剖析安全问题,对安全问题开展约定,定义对象和损失类别,决不能无限制地扩张,导致后面的剖析没法有效进行。

其次安全问题引发的结果,可以将安全问题定义为三个级别:

1除,对身体直接造成损害的平安问题;

2除,对客车和周围设施造成财产损失的题目;

3除,对充电桩本身造成财产损失的题目。

基于以上安全等级的概念,对应三道安全防线:重大道防线保障人身安全;其次道防线保障汽车和广泛设施;先后三道防线保障充电设施。

重大道防线主要考虑对人之维护,不止是充电的摊主,还包括与充电设施工作密不可分相关的人口,如工程服务人员、验收人员、保护人员、计量检定人员,甚至是联防队员等。另外,还应包括可能接触到充电桩的人口,如周边居民,尤其是小孩子可能将充电桩当成玩具,这是突出危险的。

其次道防线主要考虑重大财产损失,最先考虑电动汽车的平安,同时要考虑周边设施、车辆的平安,甚至包括周边建筑、资产的损失。其次道防线也主要,如若处理不好则有可能引发重大人身、资产事故,从而需要特别珍惜。当然,蓄意利用充电设施作为武器、工具进行的恶意行动而造成的平安后果不在此列,同时由于不可抗力因素而造成的平安后果也不在此列。

先后三道防线主要考虑充电设施自身的平安,护卫财产不受损害。

充电设施一定要按照三道防线的优先级和主要考虑防护措施,当然安全也不仅仅是充电设施和汽车的事体,还有对广大设施、空气的平安要求,本文不深入讨论这种情景。

2 安全问题研讨模型

人类对安全的认识有四个级次:无知的平安认识、有些的平安认识、系统之平安认识和变态的平安认识。当前对电动汽车充电安全认知水平还处于上述前两个级次的混合,伊目标是中心成立系统之平安认识,为下抵达动态安全认识阶段奠定基础。

没有危险的状态是安全,而且这种状态是反对人之无理意志为转移的,于是是合情合理的。不管安全主体自身,还是安全主体的旁观者,都不可能仅仅因为对于安全主体的感觉或认识不同而真实改观主体的平安状态。从而,安全不仅是没有危险的状态,而且这种状态是合情合理的,不因人之无理意志为转移。故此安全与安全感是两个不同之定义,本文研究之规模是安全。

“安全”不是一种实体性存在,而是一种属性,于是它必然依附一定的实体。从而在机关汽车充电安全问题上,要求了解安全的重心,根据电动汽车设立的三道防线,要求着重考虑人、机关汽车、科普设施和修建、充电设施作为重点时的平安问题。

安全管理的目标是风险,管理的结果有两个:安全或事故。所谓“安全规律”,方便地说是事故发生之规则,也称“故事链”:开头原因→间接原因→直接原因→故事→伤害。从而要研究安全问题,就要求通过对事故或者危险的研讨来促成,要求一种工具去表达各种“故事链”,于是按照事故链条依次化解危险,抵达安全目的。

顶有了关于某个安全主体的故事模型后,还要求针对这个模型研究解决问题的方式。清代时期政论家、歌唱家荀悦在《申鉴˙杂言》官方讲到:“进忠有三术:一曰防;二曰救;三曰戒。先其未然谓之防,发而止之谓之救,列而责之谓之戒。防为上,救次之,戒为从。”意思是说,在不好的事体发生之前阻止是上策;不好的事体刚发生时阻止次之;不好的事体发生之后再惩戒为下策。机关汽车充电安全研究是中心以预防为主、防洪。

充电系统安全第一考虑必要的预防措施,即本体安全,但只有本体安全是缺少的,因为设备在运行过程中,可能有特殊发生,在这种情况下,要求考虑一些保护手段,顶危险发生或者即将发生之时光采取必要的方式,截断事故链条,名将手上状态拉回到安全。护卫的手法可以是电动的,也可能是手动的,例如充电桩上的急停按钮,顶感知到危险发生之时节,交通过急停按钮保护人、车、桩的平安。最终,还要求有一手实现“戒”的目的,可以考虑的情节有安全警示标志、产品安全要求、各族管理规定等,比如在2011版充电桩和2015版充电桩无法完全兼容的情况下,充电桩支持的本子标示就是很要紧的一种安全标志。

3 影响充电安全的要素

GB/T 27930《机关汽车非车载充电机与电池管理系统的通信协议》专业;附录C官方定义了充电故障分类和处理办法,这部分内容为充电安全提出了处理依据。

3.1? 绝缘问题与充电安全

了不起的绝缘对于保证电气设备与线路的平安运行,防止人身触电事故的发生是最核心和最可靠的手法。

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1)外壳防护能力。

在GB/T 18487.1专业7.2节日中规定:任何充电模式下,外壳的防护等级为IPXXC。最终一个字母C表示是否会给使用工具带来危害(A表示手背,B表示手指,C表示工具,D表示金属线)。此外对连接器在对接和非连接状态下的防护也有考虑。

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希冀1 2种直流充电连接器插头

希冀1所示为2种直流充电连接器的插头,可以看出:左侧正负充电极有绝缘帽保护,而右边的第一充电极外边则是金属。众目睽睽,两侧的插头不满足IPXXB除的防护要求,因为人之手指能触碰到充电极。

2)天然气间隙和爬电距离。

在GB/T 18487.1先后10.4节日中有回报的要求,关键是考虑产品在筹划、安装工艺等方面,设施运行可能出现的因过电压造成绝缘击穿,于是导致设备工作异常或损坏。

3)介电强度。

介电强度是衡量材料表现绝缘体时的抗电强度的进度。检查绝缘材料最高介电强度时,她定义为绝缘材料所能负担的最低击穿电压。绝缘材料所能负担的介电强度越高,她作为绝缘体的抗电强度就越好。GB/T 18487.1专业11.4规定了绝缘材料在充电设备中采取时,伊介电强度必须达到基本要求。

4)绝缘电阻。

充电设备内部电路分为多个带电回路,有相对较低的安全电压,也有近千伏的摇摇欲坠电压,不同电压等级、不同功能的油气回路之间以及各带电回路对地是要求隔离的(一些电路与地之间形成特殊作用的邮路除外,如防雷器,用于对地过电压保护的压敏电阻、空气放电管,测量对地阻抗的绝缘监测回路等)。产业化电气联系之各回路对地以及无电气联系之各回路之间隔离的措施一般从两地方来解决:一是采取足够的油气间隙和爬电距离;二是采用满足稳态和瞬态过电压要求的绝缘材料。

在例行环境、潮湿环境、高原低气压环境等各种场合使用可能出现的独特环境中,要维护设备绝缘电阻满足功能要求、性能要求和安全要求,就要求对绝缘电阻进行测试考察。一旦人接触到充电设备可导电的金属外壳时,安全如何维护?在稳定的面试电压下绝缘电阻值越大,人口触及通过绝缘材料隔离的可导电金属外壳就越安全。绝缘电阻值的大小是评估电气设备和天然气线路安全最重要的一项指标。GB/T 18487.1先后11.3节日中规定了绝缘电阻不能小于10MΩ,以此要求是对充电设备绝缘电阻的最低要求。

5)接触电流。

接触电流是指当人体或动物接触一个或多个装置的或设备的可触及零部件时,纵穿他们身体的水电。接触电流的监测则是通过测量流经网络(代表人体阻抗)的水电值来促成的。接触电流超过了身体所能负担的限值,可能对身体造成不适或者伤害时,必须要运用保护措施来防止对身体造成触电伤害。GB/T 18487.1先后11.2节日中规定了应有的要求,详细的监测方法可参照GB/T 12113—2003/IEC 60990:1999。

6)碰上耐压。

绝缘能力是一番走向的平安性能,一派是设备正常工作时,评论部造成的影响,此外一方面就是外部的过电压等对设备内部器件的影响。

碰上耐压的面试电压采用波形参数为1.2/50μs的正式雷电波,按照GB/T 18487.1先后11.5节日规定的发掘电压分别进行正负极性的面试。要求注意的是冲击耐压与电磁兼容试验中的浪涌(碰上)抗扰度试验是不同之:其次原理上说来,浪涌测试同样采用波形参数为1.2/50μs的浪涌(碰上)波形,但与冲击耐压的电压等级不同;其次测试项目考察之情节来讲,浪涌是为了考核的是设备运行过程中,出现浪涌(碰上)时,设施是否能够抵抗外来的烦扰,而冲击耐压则是为了验证装置无电气联系之各回路之间以及无电气联系之各回路对地的油气间隙、绝缘介质是否会在这种瞬时过电压时绝缘击穿或产生放电现象。不同之测定绝缘电压的邮路验证冲击耐压时,应采取表2规定的电压进行测试。就是在外头雷电波造成的暂时冲击电压情况下,影响充电设施的防护能力的指标。

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表面2中加星号的数值,专业中定义了预定电压大于300V的直拍充电机,碰上耐压的考试电压使用±6kV,而在冲击耐压试验的IEC专业和国家标准中,考试电压值为12kV,发挥方式没有采用±12kV的方法,而是在考试方法中提出了正、负方向都是12kV,从而应该是在GB/T18487.1制订过程中,直接将原来的12kV扭亏增盈成±6kV所致。

3.2?空气对充电安全的影响

地方分析了常规条件下充电设施的本体安全问题,实际上,充电设施在采取过程中要求阅历春夏秋冬、风霜雨雪等不同之气候和采取环境。农电工产品绝缘的采用期受到多种因素(如温度、电和机械的风力、振动、有害气体、化学物质、潮湿、灰尘和辐射等)的影响,而温度通常是对绝缘材料和绝缘结构老化起支配作用的要素。

正在修订的NB/T 33001先后7.3节日规定了耐环境要求,涉及三拱坝(防潮湿、防霉变、防盐雾)、放锈(防氧化)、抗灾和防盗保护问题。其中,三拱坝对于设施的印记线路板和接插件比较重要,关键是防霉菌、防潮湿、防盐雾。其中,盐雾与设备电器元件的金属物发生化学反应会使原来载流面积减小,转变的氧化合物则会使电气触点接触不良,这将导致电气设备故障或毁坏。三拱坝除了防止绝缘等电性能下降外,也有防止机械性能下降的打算。

GB/T 18487.1先后14.1.4条海拔也体现了对利用环境的要求,但就现阶段检测而言,都是按2km以下海拔考虑的。实际上,神州有无数地方的海拔高度超过2km,如果不考虑这个因素,把充电桩安装在2km上述地方,很有可能出现绝缘击穿问题,破坏设备或者伤人。针对这些应用场景,必须按照GB/T 16935.1—2008《低压系统内设备的绝缘配合 先后1一些:原理、渴求和试验》的要求开展折算。

3.3?护卫措施对充电安全的影响

顶系统运行过程中有特殊状态发生时,必要的维护措施得以实现充电设施的平安运行。

要开展保护,最先是监测,在绝缘监测方面,GB/T 18487.1—2015附录B.4.1和B.4.2规定了充电机的绝缘监测功能,防止在绝缘破坏的情况下,设施带病运行。另外,在修订的NB/T 33001[6]先后6.3节日也引用了绝缘监测功能。

除了明确的维护措施外,有的对充电设施的使用要求也体现了安全的设想。以GB/T 18487.1先后11.6节日(温度要求)的终极温升和允许表面温度要求为例,极限温升第一防止过高温度带来绝缘材料老化加速,影响绝缘效果,送人体和装置带来危害。而允许表面温度除了有绝缘材料老化问题外,还有对身体的伤害问题。专业除了对温升有要求外,还对温度异常采取了保障措施,比如NB/T 33001专业第6.11节日建议车辆插头具备温度监测功能,顶监测到车辆插头温度超过允许值时,充电机宜停止充电并发出告警提示,防止充电过程中,鉴于车辆插头接触不佳导致温度异常,送绝缘造成损坏,甚至引发火警。

有了检测功能的配合,在系统出现异常的情况下,就足以利用保护措施。新修订的NB/T 33001先后7.6节日规定了15个安全要求,就详细说明了系统在不同之运作异常情况下,应当采取的维护措施。

对于充电桩的急停按钮,一些运营公司工作人员认为没有必要设置急停按钮;也有人建议急停按钮最好能远程遥控恢复。在没有危险的情况下可行,但是当危险发生时,没有急停按钮,危险会很快蔓延,或者在危险尚未恢复的情况下,远程遥控恢复会给安全带来无法预知的危害。当前对于采用充电模式4的充电设备,在GB/18487.1先后13节日明确规定了应在电动汽车供电设施上设置急停装置,并且具备防止误操作的方式。

其次技术与管理力度 剖析电动汽车充电安全与解决方案

3.4 打电话协议对直流充电安全的影响

与核电慢充相比,机关汽车直流快速充电采用非车载充电机供电的样式,非车载充电机功率大,进出口电压最大近千伏、电流上百安培,其次GB/T27930《机关汽车非车载充电机与电池管理系统的通信协议》专业中得以看到,全方位充电过程受电动汽车的BMS控制,充电机根据BMS的命令进行充电,而BMS要求与充电机协商实时调整充电机输出的电压和水电等充电参数,以及充电停止等控制。从而,在核电过程中,打电话协议就与充电安全密切相关。

打电话协议通过约束充电设施和车辆电池管理系统的所作所为来保证充电安全,有以下几个地方:

1)流程控制。

全方位充电流程共分4个充电阶段(低压辅助上电及充电握手阶段、充电参数配置阶段、充电阶段、充电结束阶段),使得保证充电过程的平安有序开展。流程共包含28个应用层报文(13个BMS报文,9个充电机报文,6个故障诊断功能专有报文)。

下的常规是在充电桩型式试验中发现的情景:考试过程中,面试工具用BSM报文给充电桩发送暂停充电请求,充电桩在接到到这个命令后,没有实行暂停输出操作,而是继续输出充电电流。在这种情况下,BMS有可能工作在突出情况下,有发生无法预知危害的可能性。

表上看,似乎是充电桩设计缺陷导致这种安全问题的发生,实际上,这只是其中的一个标准。因为在充电机和BMS的统筹中考虑了各族异常情况下的维护措施,如在充电汽车的充电系统设计中,考虑到接触器在突出情况下,由BMS控制切断充电回路,帮到对客车的维护作用,只有在BMS的维护机制失灵的情况下,上述充电机缺陷才会引起安全问题。

4 尚需研究之话题

安全问题是一番涉及多种艺术学科,多维度的正确性问题,在创造性问题上,还有一部分问题需要进一步研究透彻。

4.1?绝缘材料的寿命

机关汽车发展刚刚起步,还缺少一些与寿命相关的阅历,对于一些要求采取10年甚至是更长时间之设施,要求提前研究绝缘性能等安全因素与时间之联络,因为风险不单是目测可以发现的。不然,一旦这些安全指标随时间逐渐降低,导致触电、设施损坏等危险概率增加,就不难引起事故。

绝缘性能随着岁月而发生之不可逆下降,称为绝缘老化。在老化过程中,绝缘性能降低到规定的允许范围的从所要求的年月通常称为绝缘的寿命。

绝缘老化的显示形式是多地方的,如介质损耗角正切的充实、碰上强度的下滑、机械强度或其它性能的下滑等。造成绝缘老化的缘故很复杂,包括电老化、热老化、化学老化、机械老化以及受潮及污染等。那些原因可能在绝缘中同时存在,或从一种老化形式转变为另一种形式,往往很难互相加以分开。文献[9–10]中介绍了引起绝缘下降的各族原因,此处不再展开叙述。

专业GB/T 11021《天然气绝缘 耐热性分级》官方定义了绝缘材料的耐热性分级,充电机的技能标准中也定义了温升要求,但是这种要求不够完整,应当是材质与耐热性等级配合使用,才能保证绝缘性能。

从而,要求对电动汽车充电设施中的关键绝缘材料开展寿命试验,可以通过加速老化试验获得相应的寿命曲线,帮到安全预防的打算。

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4.2?绝缘监测和评估技术

对于无法准确计算或者评估器件安全能力的动静,如绝缘水平,可以通过实时自检的方法监测运行状态,一旦发现危险情况,立刻执行保护。当前GB/T 18487.1-2015 中的附录B4.1介绍了充电系统之绝缘监测方法,不久前在互操作研究中发现,面包车端的绝缘监测受到充电桩一侧Y电容的影响,如果充电桩电容过大会导致绝缘监测误报。

4.3?打电话协议的实质性试验

在当前的全封闭式试验中,打电话协议一致性测试主要是检察通信兼容性,尚未考虑通信协议中各种参数设置给充电过程带来的影响。这就是说,只是存某些通信异常状态,使充电机程序进入死锁状态,出现无法停止输出等景象呢?这需要我们进一步拓展研究。

另外,信息安全也要求加强思想和研讨。有人认为通话协议中一些信息安全参数的安装纯粹是为了试验,在具体利用过程中不会出现类似情况,这种理念是不科学和比较危险的。在有黑客主动攻击的情况下,小概率事件会立刻成为大概率事件,到时,一辆辆机动汽车很可能就是一番个小炸弹,结果可想而知。

4.4 提高基础性试验方法研究

当前的产品试验方法虽有安全相关的检察项目,但在条件试验方面仍生活不足。在前列时间参与讨论的《充电电气系统与设备安全导则》专业中,高低温、湿热试验部分的考试方法参考了GB/T 2423.1[11]、GB/T 2423.2[12]、GB/T 2423.4[13],关键验证在不同环境下产品的效益、性能是否满足要求。其次安全性角度看,只是有必不可少验证不同环境下的平安性能?答案显然是确认的,因为人、面包车与充电桩的交互,是全天候的,竞争性问题在一角中都有可能发生。

由于安全性问题主要,提议在未来的监测报告中体现不同环境条件下安全性相关的特性指标数据。

除型式试验外,现场安全验收也主要,对降低实际充电安全风险意义重大。现场验收需要关怀产品原料、生产制造环节的质管控,也要求考虑运输、安装等工作是否会造成或者带来新的安全隐患,还要求考虑充电桩安装方式是否满足安全要求,比如充电桩安装的惊人问题,安装的场地是否满足设备使用要求,接地问题等。

5 结束语

机关汽车充电安全是一项最核心的要求,随着大功率充电、全线充电、队充电等新技术的不断提高和提高,安全的因素也在不断变动,从而充电安全问题的研讨是一项长期工作。转业电动汽车充电研究之高工,可以参考本文提出的平安问题分析模型,实在地抓好安全性研究,为机关汽车健康、以不变应万变发展奠定技术基础。


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