試論電動(dòng)汽車充電樁的防觸電保護(hù)措施

張婷婷

摘要：未來電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)將面臨不同的用戶和多樣化的服務(wù)模式需求。本文介紹了電動(dòng)汽車充電樁常見的保護(hù)類型，我們提出了交流充電樁與直流充電樁在電動(dòng)汽車充電樁防觸電保護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;充電樁;防觸電保護(hù)措施

一、前言

隨著中國電動(dòng)汽車生產(chǎn)的快速增長，充電設(shè)施的布局計(jì)劃越來越清晰，社會(huì)資本的投資也在增加。作為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要入口之一，互聯(lián)網(wǎng)+充電設(shè)施市場迅速興起，互聯(lián)網(wǎng)對人們生活方式的影響日益加深。未來電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)將面臨不同的用戶和多樣化的服務(wù)模式需求。電氣控制部分是隨著充電技術(shù)（如高頻軟交換技術(shù)、快速充電技術(shù)、無線充電技術(shù)）的發(fā)展而發(fā)展起來的。動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展與此密切相關(guān)。本文將研究電動(dòng)汽車充電樁的防觸電保護(hù)措施。

二、電動(dòng)汽車充電樁常見的保護(hù)類型

電動(dòng)汽車具有較強(qiáng)的環(huán)保性，以電池為驅(qū)動(dòng)力，可有效緩解能源危機(jī)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)汽油車的缺陷與不足。但是，當(dāng)電動(dòng)汽車電能不足時(shí)需要通過裝置進(jìn)行充電，以實(shí)現(xiàn)汽車的循環(huán)使用。與家用電器相比，電動(dòng)汽車的電流與功率相對較大，主要設(shè)置在公共場所，在充電樁的設(shè)置方面應(yīng)與IEC標(biāo)準(zhǔn)與國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符合，并進(jìn)行多樣化的保護(hù)。

（1）漏電保護(hù)。通常情況下，在操作時(shí)如若手法不當(dāng)很容易產(chǎn)生漏電事故，較小的電流雖然短時(shí)間內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生明顯反應(yīng)，但若長此以往，勢必會(huì)影響人體安全。漏電保護(hù)裝置可對剩余電流進(jìn)行回收，如若電流量較大無法回收，則會(huì)將電流切斷，保障人體與設(shè)備安全;（2）過流保護(hù)。大部分電子設(shè)備均有額定電流，當(dāng)電流大小超過額定數(shù)值時(shí)，設(shè)備很可能被燒壞，因此需要進(jìn)行過流保護(hù)。當(dāng)電流大小超過設(shè)定數(shù)值時(shí)，自動(dòng)斷電，使設(shè)備主板與芯片得到保護(hù)，避免出現(xiàn)設(shè)備故障;（3）過壓保護(hù)。主要針對電動(dòng)汽車的充電樁線路進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)電壓數(shù)值超過額定值時(shí)，應(yīng)立即控制電壓值或者直接切斷電源，較為常見的過壓器件為二極管、放電管、壓敏電阻等，充電樁生產(chǎn)廠家可根據(jù)產(chǎn)品的防護(hù)等級進(jìn)行選型;（4）防雷擊保護(hù)。對于露天電動(dòng)汽車來說，設(shè)置防雷擊保護(hù)十分必要，當(dāng)電力回路受到外界干擾后，很容易在較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生尖峰電流，此時(shí)保護(hù)器將瞬時(shí)導(dǎo)通分流，防止浪涌對回路內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生不良影響;對于戶外充電樁來說，雷擊浪涌防護(hù)主要采用陶瓷氣體，并將TVS二極管接入其中，以此方式將殘壓釋放出去。

三、電動(dòng)汽車充電樁防觸電保護(hù)措施

根據(jù)防觸電保護(hù)要求，充電樁不可存在外露情況，以免帶電體對人體安全構(gòu)成威脅。當(dāng)充電樁與電動(dòng)汽車電源處于斷開狀態(tài)時(shí)，可接觸的金屬導(dǎo)體之間、導(dǎo)體與地之間的電壓不超過30V，直流電不超過60V，儲存能量不超過20J，如若超過以上數(shù)值，則需要在明顯處予以警告。當(dāng)電動(dòng)汽車、充電樁、電源均處于斷開狀態(tài)時(shí)，可觸及的金屬部件內(nèi)存儲的能量為：2-6E=0.5CU·10式中，E代表的是能量，單位為J;C代表的是電容量，單位為mF;U代表的是電壓，單位為V;充電樁的運(yùn)行必須與電動(dòng)汽車相連接，因此不但要確保樁體防觸電措施良好，還要做好電動(dòng)汽車安全檢測工作，一旦汽車絕緣體受損，應(yīng)立即將電源切斷。因此，當(dāng)充電電纜與汽車充電接口相連接后，應(yīng)確定二者有效連接，并對車輛接地線是否與樁體接地保護(hù)相連進(jìn)行檢查。充電樁可分為直流和交流兩種類型，本文分別對充電樁運(yùn)行中的防觸電保護(hù)進(jìn)行分析和研究。

1.交流充電樁

當(dāng)樁體與汽車連接后，由于樁體連接器中的電阻進(jìn)入電路，使測試點(diǎn)1中的電壓數(shù)值發(fā)生改變，根據(jù)電壓變化情況可對樁體與汽車的連接情況進(jìn)行判斷，只有二者充分結(jié)合，才可使車輛成功充電。S3的主要作用在于避免車輛與樁體間的連接意外斷開;S3屬于常閉開關(guān)，當(dāng)連接正常時(shí)，R7處于短路狀態(tài)，當(dāng)連接斷開后，S3與連接器組合起來，需要將S3斷開，此時(shí)R7便以并聯(lián)的形式存在于電路中，當(dāng)測點(diǎn)1中的電壓數(shù)值發(fā)生改變后，可根據(jù)電路中電壓情況對樁體與汽車間的連接狀態(tài)進(jìn)行檢測，在插座脫離之前及時(shí)將電流切斷，以免被帶電體誤傷。

在弱電與強(qiáng)電線路中，要求線路必須為安全電壓供電，從根本上降低絕緣失效、觸電事故發(fā)生的可能。在充電過程中，不但要考慮到充電樁電擊防護(hù)水平，還要有效預(yù)防車輛電擊情況，做好電路的控制與指導(dǎo)工作顯得十分必要。當(dāng)接電線處于斷開情況時(shí)，根據(jù)充電樁標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在100ms內(nèi)將電源斷開，還應(yīng)對接地連續(xù)性加以重視，如若失去連續(xù)性，車輛相當(dāng)于失去等電位連接效果，當(dāng)汽車內(nèi)部電氣絕緣失效后，故障電壓便會(huì)全部體現(xiàn)到金屬車架中，使電源回路被切斷，使用者的生命安全將受到嚴(yán)重威脅。對于交流電樁來說，在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定其在應(yīng)用中必須配置漏電保護(hù)器，充電線路為供電裝置—布線—充電樁—電纜—汽車，該電路營造出有利的漏電保護(hù)環(huán)境，當(dāng)充電樁絕緣失效后，金屬外殼上的電流將通過地線進(jìn)入電源，此時(shí)漏電保護(hù)器將會(huì)對剩余電流量進(jìn)行檢測，如若電流量超過30mA，則自動(dòng)切斷電源，在未發(fā)生點(diǎn)擊事件之前，提早將故障電流切斷，以免發(fā)生大的故障與后果。

2.直流充電樁

此類充電樁又可分為隔離直流與非隔離直流兩種，前者是指輸出電路與電源交流側(cè)基本絕緣，當(dāng)前充電樁的安全標(biāo)準(zhǔn)主要針對此類樁體，在標(biāo)準(zhǔn)中提出必須采用自動(dòng)切斷電源的保護(hù)措施，并要求其與交

流電源中的A型保護(hù)器兼容。在防觸電保護(hù)方面，除了要與相關(guān)檢查標(biāo)準(zhǔn)相符合，還應(yīng)在充電前對絕緣電阻進(jìn)行檢測，要求電阻R超過100Ω/V*U，式中U代表的是充電樁中的額定電壓，直流充電樁如下圖1所示。

在圖1中，R1充電機(jī)控制器，S為開關(guān)，K0為接觸器，T為隔離變壓器;K1和K2均為直流供電接觸器;當(dāng)連接器與汽車插座相連接時(shí)，可開啟位置檢測功能，檢測點(diǎn)2的電壓從12V降低到6V，確定連接器已經(jīng)成功插入。當(dāng)工作人員對控制器設(shè)置完畢后，控制裝置可通過檢測點(diǎn)電壓數(shù)值判斷插座與連機(jī)器是否正確連接，例如，第一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的電壓數(shù)值為4V，說明接口已經(jīng)成功連接。只有將電動(dòng)汽車與充電樁有效連接后，控制器才可啟動(dòng)，進(jìn)而進(jìn)行充電，并在充電中有效預(yù)防電擊情況發(fā)生。

在防電擊保護(hù)方面，交流側(cè)遵循充電樁的基本要求，將樁體金屬外殼與大地相連，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)可以自動(dòng)斷電。從上圖1可知，直流+、-與地面之間跨接，可準(zhǔn)確檢測直流端絕緣情況。當(dāng)直流電經(jīng)過隔離變壓器輸出后，電路與大地之間形成IT系統(tǒng)，當(dāng)絕緣故障發(fā)生時(shí)，在隔離作用下直流段與地面間無法形成回路，使電流故障難以放大，無法開啟漏電保護(hù)因此故障電流量較小，如若沒有有效監(jiān)測，這一故障便會(huì)始終存在于電路之中，成為潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，在車輛充電之前，應(yīng)對絕緣電阻進(jìn)行監(jiān)測，確保數(shù)值超過恒定值，否則禁止充電。當(dāng)車輛充電時(shí)發(fā)生異常情況時(shí)，如過電流、接地泄漏等等，應(yīng)立即采用緊急終止的方式保障安全。

四、結(jié)語

綜上所述，在電動(dòng)汽車應(yīng)用中，應(yīng)做好車輛與充電樁的雙重防觸電保護(hù)工作，嚴(yán)格按照充電裝置安全標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容進(jìn)行防護(hù)，針對直流與交流兩種類型的充電樁進(jìn)行分析，在電氣裝置設(shè)計(jì)與安裝方面下功夫，實(shí)現(xiàn)多一重的安全保障，有效以免漏電、絕緣失效等情況發(fā)生，使新能源技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)生活中得到更加廣泛的應(yīng)用。

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