電動(dòng)汽車(chē)充電樁絕緣智能化自檢裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

高勝?lài)?guó) 郭佳 景高陽(yáng) 邢冬雪

摘要：目前，雖然我國(guó)在電動(dòng)汽車(chē)充電樁上均有絕緣檢測(cè)功能，但是針對(duì)其安全問(wèn)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(cè)方式的優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單對(duì)比。從檢測(cè)原理、注意事項(xiàng)等多個(gè)方面對(duì)絕緣監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，并通過(guò)實(shí)踐表明該裝置可有效提升充電樁的安全性。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；充電樁；絕緣自檢

中圖分類(lèi)號(hào)：TN911.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095—6487（2018）02—0022—03

0引言

為了能夠減少環(huán)境破壞的現(xiàn)象，保障經(jīng)濟(jì)與環(huán)境共同得到發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)作為我國(guó)汽車(chē)行業(yè)未來(lái)發(fā)展的目標(biāo)，加強(qiáng)對(duì)其充電樁絕緣自檢裝置的設(shè)計(jì)，可有效提高我國(guó)資源的可持續(xù)發(fā)展，在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也能夠切實(shí)實(shí)現(xiàn)我國(guó)“環(huán)境保護(hù)”這一基本國(guó)策。

隨著電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的推廣應(yīng)用，使得我國(guó)越來(lái)越多的專(zhuān)業(yè)人士開(kāi)始關(guān)注到這一領(lǐng)域。而充電樁作為電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)應(yīng)用中不可缺少的重要組成部分，已然成為代表其發(fā)展水平的重要評(píng)判方式。我國(guó)現(xiàn)有的充電樁的標(biāo)準(zhǔn)比較落后，其具體表現(xiàn)為充電樁的充電功率相對(duì)較小，且速度較慢。并且電動(dòng)汽車(chē)充電樁作為現(xiàn)代社會(huì)推廣鋪設(shè)的主要方向，所以在安全方面要求更高。在此環(huán)境下，我國(guó)就直流充電樁明確相關(guān)規(guī)范，并提出必須要對(duì)其進(jìn)行必要的絕緣檢測(cè)，進(jìn)而更好的提升充電安全。

1智能化概述

智能化設(shè)備通常具備以下特點(diǎn)，具體包括：其一，要具備感知能力，即在智能化前提下，設(shè)備能夠通過(guò)感知外部世界，并且獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，這是設(shè)備實(shí)施智能化活動(dòng)的前提條件與必經(jīng)過(guò)程；其二，智能化設(shè)備還具備了記憶與思維能力，即通過(guò)對(duì)所存儲(chǔ)的信息及思維產(chǎn)生的知識(shí)進(jìn)行分析，然后自動(dòng)化計(jì)算、比較、聯(lián)想，最終得到正確的決策，來(lái)驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行智能化活動(dòng)。而在電動(dòng)汽車(chē)充電樁絕緣自檢裝置中，同樣是借助設(shè)備智能化作用來(lái)自主完成自檢、設(shè)計(jì)與應(yīng)用等多項(xiàng)活動(dòng)，以達(dá)到提高電動(dòng)汽車(chē)充電樁絕緣自檢裝置應(yīng)用的高效性與設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性等。

現(xiàn)階段下，電動(dòng)汽車(chē)充電絕緣樁應(yīng)用較為廣泛，但是在舊的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，并未針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的充電樁絕緣自檢這一問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明，且也沒(méi)有針對(duì)其中可能存在的問(wèn)題做出明確規(guī)定，使得電動(dòng)汽車(chē)在充電時(shí)，可能會(huì)因充電樁的質(zhì)量問(wèn)題存在安全隱患，一旦發(fā)生危險(xiǎn)，便可能直接對(duì)電動(dòng)汽車(chē)使用者造成生命財(cái)產(chǎn)上的損失，嚴(yán)重時(shí)，還可能造成不可估量的后果。對(duì)此，在應(yīng)用充電樁對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電時(shí)，必須要確保所使用的充電樁安全絕緣檢測(cè)達(dá)到相關(guān)規(guī)定中的標(biāo)準(zhǔn)。

2絕緣檢測(cè)方法

通常，直流系統(tǒng)并不會(huì)受點(diǎn)接地的影響而出現(xiàn)運(yùn)行障礙的。但是，如果未及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，則可能會(huì)在另一個(gè)接地故障點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)引發(fā)重大事故。為確保直流系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，必須在線檢測(cè)直流系統(tǒng)的絕緣狀況。一旦檢測(cè)到接地故障或者發(fā)生此類(lèi)故障時(shí)，必須要及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，向維修人員明確標(biāo)示發(fā)生故障的分支點(diǎn)，減少因查找故障點(diǎn)所造成的維修延誤，引發(fā)故障增大現(xiàn)象的發(fā)生。因此在對(duì)正負(fù)直流母線電壓接地這一項(xiàng)工作檢查時(shí)，用電壓表來(lái)測(cè)量，并將其絕緣電阻計(jì)算出來(lái)，以便能夠在電阻值低于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，能夠及時(shí)地向操作人員發(fā)出警報(bào)信息，同時(shí)可以自動(dòng)化啟動(dòng)分支，用于對(duì)其故障地點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。在本次研究中，主要以?xún)煞N最為常見(jiàn)的母線絕緣電阻檢測(cè)方式來(lái)進(jìn)行分析，即平衡電橋法與不平衡電橋法，而在對(duì)去路絕緣電阻進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，多會(huì)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(cè)不平衡接地處。當(dāng)直流系統(tǒng)的正負(fù)母線與其進(jìn)行接觸時(shí)，充電樁的另一端所表現(xiàn)出來(lái)的電阻在這一時(shí)段則會(huì)是相同的。原理如1所示。

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

如果R_y=∞時(shí)現(xiàn)階段下處于單端接地狀態(tài)，則需要借助V₁、V₂來(lái)對(duì)下列方程（1）進(jìn)行解析，從而可以得到現(xiàn)階段下的接地電阻R_x。

當(dāng)R_x=R_y≠∞時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)的充電樁處于一個(gè)平衡接地的狀態(tài)，但是，若V₁=110 V、V₂=-110 V時(shí)，不能借助此對(duì)其電阻進(jìn)行檢測(cè)；

當(dāng)R_x≠R_y≠∞時(shí)，充電樁的雙端則表示為接地狀態(tài)，將R_x、R_y中最大的電阻視作無(wú)窮大，然后進(jìn)行單端接地求解，R_x、R_y的實(shí)際值越是趨向于一致，則證明此類(lèi)電阻的檢測(cè)間所存在的誤差數(shù)越大，證明其測(cè)量存在的誤差越大。

2.2不平衡電橋法

不平衡電橋檢測(cè)是接地電阻，其原理圖如圖2所示。

解開(kāi)聯(lián)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(duì)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(guò)分支正接地電阻的電流來(lái)測(cè)量，接地電阻可以通過(guò)將總線測(cè)量的電壓與地面相結(jié)合來(lái)獲得分支。

3絕緣檢測(cè)方式對(duì)比

3.1平衡橋法

平衡橋法通常是對(duì)正負(fù)母線接地的靜態(tài)直流電壓進(jìn)行檢測(cè)，因此其接地時(shí)電容量的大小不會(huì)對(duì)最終的檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響，并且也正因?yàn)檫@一原因，使得平衡橋法這一檢測(cè)方式能夠快速的得出最終結(jié)果。

缺點(diǎn)：當(dāng)充電樁兩端同時(shí)接地時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)非常大的誤差，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不精確。

3.2不平衡橋法

優(yōu)點(diǎn)：能夠?qū)Τ潆姌秲?nèi)某一端接地進(jìn)行檢測(cè)。此外，針對(duì)兩端接地，平衡接地都能夠及時(shí)進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)量。

缺點(diǎn)：需分別測(cè)量正負(fù)母線的接地電阻，并且花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，檢測(cè)結(jié)果出示的較慢，易受電容影響。

3.3直流法

優(yōu)點(diǎn)：不需要向母線內(nèi)寫(xiě)入交流信號(hào)，不受接地電容影響，可對(duì)母線接地時(shí)極性進(jìn)行檢測(cè)，且可同時(shí)測(cè)量充電樁的兩端。

缺點(diǎn)：所花費(fèi)的成本支出較高。

4絕緣檢測(cè)裝置分析

4.1絕緣檢測(cè)裝置功能

硬件檢測(cè)交流竄電會(huì)對(duì)充電樁的繼電保護(hù)裝置、直流系統(tǒng)等造成嚴(yán)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(fù)對(duì)地的波形如圖6所示。

交流竄入時(shí)，母線的電壓不會(huì)出現(xiàn)任何明顯變化，但其接地電壓會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣餍盘?hào)，但正負(fù)極間的差仍為母線電壓，因此其無(wú)法及時(shí)檢測(cè)到交流值。當(dāng)對(duì)交流竄電進(jìn)行檢查時(shí)，應(yīng)當(dāng)停止繼續(xù)對(duì)充電樁充電，并增加絕緣檢測(cè)功能，直至轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣餍盘?hào)后，二級(jí)管連通，便發(fā)生交流竄入。

4.2絕緣檢測(cè)的注意事項(xiàng)

（1）母線上只有1對(duì)平衡電阻。電阻的數(shù)量超過(guò)1對(duì)，絕緣接地電阻所計(jì)算的值會(huì)存在極大的誤差，因此可能導(dǎo)致誤報(bào)警現(xiàn)象。

（2）母線上只有1個(gè)絕緣監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)。

5結(jié)束語(yǔ)

由上述內(nèi)容可以得知，在對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的充電樁進(jìn)行使用時(shí)，需要提前進(jìn)行絕緣檢測(cè)，以保證其應(yīng)用的安全性。這便要求要將絕緣檢測(cè)裝置控制模塊融入到充電樁內(nèi)，然后再進(jìn)行充電操作，只有切實(shí)保證絕緣性能好后，方可進(jìn)入充電階段，這樣能夠有效降低因充電樁質(zhì)量問(wèn)題而導(dǎo)致的電動(dòng)汽車(chē)受損，或?qū)Σ僮魅藛T人身安全所造成的威脅。