电动汽车充电安全分析与解决方案

电动汽车充电安全分析与解决方案

姜兆芳

（山东省建筑设计研究院山东省272000）

摘要：近年来，随着新能源政策陆续出台，电动汽车的发展势头强劲，对电动汽车充电设施配套建设的需求极为迫切，因此尽快开展对电动汽车充电设施建设的策略性研究、布局规划和试点工程，对实现能源替代，优化能源结构，提高清洁能源占比具有重要意义。充电安全问题应及早考虑，避免在建设中后期出现安全隐患，给国家和人民带来不必要的损失。

关键词：新能源；电动汽车；充电设施；安全

1电动汽车充电设施安全研究

随着2014年国务院办公厅印发《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》和2015年四部委联合发布的《电动汽车充电基础设施发展指南（2015—2020年）》之后，电动汽车作为国家战略性新兴产业得到了快速发展，充电基础设施作为新型城市基础设施正处于全面建设的初期。当前，电动汽车充电基础设施规划建设、标准制定、充电安全、互联互通等问题受到越来越多人的关注。

针对各地如何正确理解和把握国务院关于电动汽车充电设施建设规划要求，国网能源研究院李立理对政策如何从顶层设计到落地实施、如何从行业监管到企业自治能力建设，以及重点城市与重点领域如何进行示范带动等方面提出了针对性建议。国电南瑞科技股份有限公司吾喻明对2015版电动汽车充电接口及通信协议标准进行了解读，详细介绍了新版标准在物理尺寸、电气性能、防护等级和主动监测等方面的技术指标要求。针对充电安全，许昌开普检测技术有限公司贺春等分析了影响电动汽车充电安全的因素，从技术与管理角度给出解决充电安全的方案。针对电动汽车充电互联互通，青岛特来电新能源有限公司周强分析了国内外电动汽车充电服务实践，提出了充电互联互通三个层面的内容，并结合T/CEC《电动汽车充换电服务信息交换》系列标准阐述了实现互联互通的途径。

2充电基础设施的定位与体系层次

2.1充电基础设施的总体定位

《指导意见》开宗名义提出“充电基础设施是指为电动汽车提供电能补给的各类充换电设施，是新型的城市基础设施”，首次从国家层面明确了充电基础设施的总体定位。这一总体定位明确了两大问题，一是充电基础设施是未来城市基础设施体系的组成部分，要纳入城市整体发展规划，实现与其他基础设施规划的有效衔接，强化各方的统筹规划意识；二是作为城市基础设施，其发展的责任主体就是相关地方政府，各地政府有责任统筹好相关部门，为充电设施发展营造良好政策环境，引导社会力量共同参与，强化了地方政府的主体责任意识。

2.2充电基础设施的体系层次

《发展指南》在第一项重点任务明确提出：“以用户居住地停车位、单位内部停车场、公交及出租等专用场站配建的专用充电基础设施为主体，以城市公共建筑物配建停车场、社会公共停车场、路内临时停车位配建的公共充电基础设施为辅助，以独立占地的城市快充站、换电站和高速公路服务区配建的城际快充站为补充，以充电智能服务平台为支撑，加快建设适度超前、布局合理、功能完善的充电基础设施体系。”首次从国家层面提出了“一主体、一辅助、一补充、一支撑”的三个层次充电设施加上智能服务平台的充电基础设施体系层次。

这一体系层次定义充分反映了充电基础设施的自身规律特征，也体现了与加油站体系的本质差异。对于克服加油站“思维定势”，系统推进充电设施与服务平台的建设运营具有重要指导意义。

首先，由于电力布局广泛，具有灵活和安全的特点，专用充电设施在便捷性、经济性等方面与公共充电设施相比具有较大优势。因此对于有固定停车条件的用户，专用充电设施往往成为用户首要选择，处于基础设施体系的主体地位，这与加油站体系“公共为主、专用为辅”的格局恰恰相反。其次，由于充电基础设施布局分散，充电时间也较长，就需要通过智能服务平台来为用户提供便捷的导航、状态查询以及预约等服务，从而使得平台成为充电基础设施体系不可或缺的重要组成。此外，基于平台，充电服务可以进一步与商业服务、智能停车和智慧城市服务，以及能源互联网服务等结合，使得平台成为未来充电基础设施体系价值链的核心。

3未来电动汽车充电安全保证措施

3.1加强绝缘材料的应用

电动汽车发展刚刚起步，还缺乏一些与寿命相关的经验，对于一些要求使用10年甚至是更长时间的设备，需要提前研究绝缘性能等安全因素与时间的关系，因为风险不是目测可以发现的。不然，一旦这些安全指标随时间逐渐下降，导致触电、设备损坏等危险概率增加，就容易引起事故。绝缘性能随着时间而发生的不可逆下降，称为绝缘老化。在老化过程中，绝缘性能降低到规定的容许范围之下所需要的时间通常称为绝缘的寿命。绝缘老化的表现形式是多方面的，如介质损耗角正切的增加、击穿强度的降低、机械强度或其他性能的降低等。造成绝缘老化的原因很复杂，包括电老化、热老化、化学老化、机械老化以及受潮及污染等。需要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，起到安全预防的作用。

3.2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情况，如绝缘水平，可以通过实时自检的方式监测运行情况，一旦发现危险情况，立刻执行保护。目前GB/T18487.1-2015中的附录B4.1介绍了充电系统的绝缘监测方法，近期在互操作研究中发现，汽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。

3.3通信协议的安全性试验

在目前的安全性试验中，通信协议一致性测试主要是验证通信兼容性，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。那么，是否存在某些通信异常情况，使充电机程序进入死锁状态，出现无法停止输出等情况呢？这需要我们进一步开展研究。

3.4加强安全性试验方法研究

目前的产品试验方法虽有安全相关的检验项目，但在环境试验方面仍存在不足。在前段时间参与讨论的《充电电气系统与设备安全导则》标准中，高低温、湿热试验部分的试验方法参考了GB/T2423.1、GB/T2423.2、GB/T2423.4，主要验证在不同环境下产品的功能、性能是否满足要求。从安全性角度看，是否有必要验证不同环境下的安全性能？答案显然是肯定的，因为人、汽车与充电桩的交互，是全天候的，安全性问题在一天中都有可能发生。鉴于安全问题的重要性，建议在将来的检测报告中体现不同环境条件下安全性相关的性能指标数据。

结语

电动汽车充电安全是一项最基本的要求，随着大功率充电、无线充电、群充电等新技术的不断发展和进步，安全的要素也在不断变化，因此充电安全问题的研究是一项长期工作。从事电动汽车充电研究的工程师，可以参考本文提出的安全问题分析模型，踏踏实实地做好安全性研究，为电动汽车健康、有序发展奠定技术基础。

参考文献

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[5]陈静鹏,朴龙健,艾芊.基于改进贪心算法的大规模电动汽车充电行为优化[J].电力自动化设备,2016,10:38-44.