電動汽車充電樁絕緣智能化自檢裝置的設計與應用

高勝國 郭佳 景高陽 邢冬雪

摘要：目前，雖然我國在電動汽車充電樁上均有絕緣檢測功能，但是針對其安全問題還未完善，文章就平衡電橋法、不平衡電橋法及直流法三種絕緣檢測方式的優劣勢進行了簡單對比。從檢測原理、注意事項等多個方面對絕緣監測裝置進行了簡單分析，并通過實踐表明該裝置可有效提升充電樁的安全性。

關鍵詞：電動汽車；充電樁；絕緣自檢

中圖分類號：TN911.72 文獻標識碼：A 文章編號：2095—6487（2018）02—0022—03

0引言

為了能夠減少環境破壞的現象，保障經濟與環境共同得到發展，電動汽車作為我國汽車行業未來發展的目標，加強對其充電樁絕緣自檢裝置的設計，可有效提高我國資源的可持續發展，在提高經濟效益的同時，也能夠切實實現我國“環境保護”這一基本國策。

隨著電動汽車技術的推廣應用，使得我國越來越多的專業人士開始關注到這一領域。而充電樁作為電動汽車技術應用中不可缺少的重要組成部分，已然成為代表其發展水平的重要評判方式。我國現有的充電樁的標準比較落后，其具體表現為充電樁的充電功率相對較小，且速度較慢。并且電動汽車充電樁作為現代社會推廣鋪設的主要方向，所以在安全方面要求更高。在此環境下，我國就直流充電樁明確相關規范，并提出必須要對其進行必要的絕緣檢測，進而更好的提升充電安全。

1智能化概述

智能化設備通常具備以下特點，具體包括：其一，要具備感知能力，即在智能化前提下，設備能夠通過感知外部世界，并且獲取相應的數據信息，這是設備實施智能化活動的前提條件與必經過程；其二，智能化設備還具備了記憶與思維能力，即通過對所存儲的信息及思維產生的知識進行分析，然后自動化計算、比較、聯想，最終得到正確的決策，來驅動設備進行智能化活動。而在電動汽車充電樁絕緣自檢裝置中，同樣是借助設備智能化作用來自主完成自檢、設計與應用等多項活動，以達到提高電動汽車充電樁絕緣自檢裝置應用的高效性與設計的準確性等。

現階段下，電動汽車充電絕緣樁應用較為廣泛，但是在舊的國家標準中，并未針對電動汽車的充電樁絕緣自檢這一問題進行詳細地說明，且也沒有針對其中可能存在的問題做出明確規定，使得電動汽車在充電時，可能會因充電樁的質量問題存在安全隱患，一旦發生危險，便可能直接對電動汽車使用者造成生命財產上的損失，嚴重時，還可能造成不可估量的后果。對此，在應用充電樁對電動汽車進行充電時，必須要確保所使用的充電樁安全絕緣檢測達到相關規定中的標準。

2絕緣檢測方法

通常，直流系統并不會受點接地的影響而出現運行障礙的。但是，如果未及時發現故障點，則可能會在另一個接地故障點出現問題時引發重大事故。為確保直流系統運行的安全可靠性，必須在線檢測直流系統的絕緣狀況。一旦檢測到接地故障或者發生此類故障時，必須要及時發出報警信息，向維修人員明確標示發生故障的分支點，減少因查找故障點所造成的維修延誤，引發故障增大現象的發生。因此在對正負直流母線電壓接地這一項工作檢查時，用電壓表來測量，并將其絕緣電阻計算出來，以便能夠在電阻值低于設定標準時，能夠及時地向操作人員發出警報信息，同時可以自動化啟動分支，用于對其故障地點進行檢測。在本次研究中，主要以兩種最為常見的母線絕緣電阻檢測方式來進行分析，即平衡電橋法與不平衡電橋法，而在對去路絕緣電阻進行檢測時，多會借助交流法與直流法兩種。

2.1平衡電橋法

平衡電橋法主要是檢測不平衡接地處。當直流系統的正負母線與其進行接觸時，充電樁的另一端所表現出來的電阻在這一時段則會是相同的。原理如1所示。

如圖1所示，如果R₂=Ry=∞時（無接地），那么存在V₁=110 V、V₂=-110 V；

如果R_y=∞時現階段下處于單端接地狀態，則需要借助V₁、V₂來對下列方程（1）進行解析，從而可以得到現階段下的接地電阻R_x。

當R_x=R_y≠∞時，電動汽車的充電樁處于一個平衡接地的狀態，但是，若V₁=110 V、V₂=-110 V時，不能借助此對其電阻進行檢測；

當R_x≠R_y≠∞時，充電樁的雙端則表示為接地狀態，將R_x、R_y中最大的電阻視作無窮大，然后進行單端接地求解，R_x、R_y的實際值越是趨向于一致，則證明此類電阻的檢測間所存在的誤差數越大，證明其測量存在的誤差越大。

2.2不平衡電橋法

不平衡電橋檢測是接地電阻，其原理圖如圖2所示。

解開聯立方程式（2）、（3）后，可以得出正母線接地電阻R_x、R_y。

2.3直流法

漏電流的基本原理便是直流法，具體原理如圖3所示。

對于分支的單端接地，如圖4中的正極，分支路上的直流泄漏傳感器的電流由流過分支正接地電阻的電流來測量，接地電阻可以通過將總線測量的電壓與地面相結合來獲得分支。

3絕緣檢測方式對比

3.1平衡橋法

平衡橋法通常是對正負母線接地的靜態直流電壓進行檢測，因此其接地時電容量的大小不會對最終的檢測結果產生影響，并且也正因為這一原因，使得平衡橋法這一檢測方式能夠快速的得出最終結果。

缺點：當充電樁兩端同時接地時，便會出現非常大的誤差，導致檢測結果不精確。

3.2不平衡橋法

優點：能夠對充電樁內某一端接地進行檢測。此外，針對兩端接地，平衡接地都能夠及時進行精準的測量。

缺點：需分別測量正負母線的接地電阻，并且花費時間較長，檢測結果出示的較慢，易受電容影響。

3.3直流法

優點：不需要向母線內寫入交流信號，不受接地電容影響，可對母線接地時極性進行檢測，且可同時測量充電樁的兩端。

缺點：所花費的成本支出較高。

4絕緣檢測裝置分析

4.1絕緣檢測裝置功能

硬件檢測交流竄電會對充電樁的繼電保護裝置、直流系統等造成嚴重的破壞，具體如圖5所示。

母線正搭接交流的L或者N線之后，母線負對地的波形如圖6所示。

交流竄入時，母線的電壓不會出現任何明顯變化，但其接地電壓會轉變為交流信號，但正負極間的差仍為母線電壓，因此其無法及時檢測到交流值。當對交流竄電進行檢查時，應當停止繼續對充電樁充電，并增加絕緣檢測功能，直至轉變為交流信號后，二級管連通，便發生交流竄入。

4.2絕緣檢測的注意事項

（1）母線上只有1對平衡電阻。電阻的數量超過1對，絕緣接地電阻所計算的值會存在極大的誤差，因此可能導致誤報警現象。

（2）母線上只有1個絕緣監測開關。

5結束語

由上述內容可以得知，在對電動汽車的充電樁進行使用時，需要提前進行絕緣檢測，以保證其應用的安全性。這便要求要將絕緣檢測裝置控制模塊融入到充電樁內，然后再進行充電操作，只有切實保證絕緣性能好后，方可進入充電階段，這樣能夠有效降低因充電樁質量問題而導致的電動汽車受損，或對操作人員人身安全所造成的威脅。