試論電動汽車充電樁的防觸電保護措施

張婷婷

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

關鍵詞：電動汽車;充電樁;防觸電保護措施

一、前言

隨著中國電動汽車生產(chǎn)的快速增長，充電設施的布局計劃越來越清晰，社會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。未來電動汽車充電系統(tǒng)將面臨不同的用戶和多樣化的服務模式需求。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。動力電池技術(shù)的發(fā)展與此密切相關。本文將研究電動汽車充電樁的防觸電保護措施。

二、電動汽車充電樁常見的保護類型

電動汽車具有較強的環(huán)保性，以電池為驅(qū)動力，可有效緩解能源危機，彌補傳統(tǒng)汽油車的缺陷與不足。但是，當電動汽車電能不足時需要通過裝置進行充電，以實現(xiàn)汽車的循環(huán)使用。與家用電器相比，電動汽車的電流與功率相對較大，主要設置在公共場所，在充電樁的設置方面應與IEC標準與國家相關標準相符合，并進行多樣化的保護。

（1）漏電保護。通常情況下，在操作時如若手法不當很容易產(chǎn)生漏電事故，較小的電流雖然短時間內(nèi)不會產(chǎn)生明顯反應，但若長此以往，勢必會影響人體安全。漏電保護裝置可對剩余電流進行回收，如若電流量較大無法回收，則會將電流切斷，保障人體與設備安全;（2）過流保護。大部分電子設備均有額定電流，當電流大小超過額定數(shù)值時，設備很可能被燒壞，因此需要進行過流保護。當電流大小超過設定數(shù)值時，自動斷電，使設備主板與芯片得到保護，避免出現(xiàn)設備故障;（3）過壓保護。主要針對電動汽車的充電樁線路進行保護，當電壓數(shù)值超過額定值時，應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)品的防護等級進行選型;（4）防雷擊保護。對于露天電動汽車來說，設置防雷擊保護十分必要，當電力回路受到外界干擾后，很容易在較短時間內(nèi)產(chǎn)生尖峰電流，此時保護器將瞬時導通分流，防止浪涌對回路內(nèi)設備產(chǎn)生不良影響;對于戶外充電樁來說，雷擊浪涌防護主要采用陶瓷氣體，并將TVS二極管接入其中，以此方式將殘壓釋放出去。

三、電動汽車充電樁防觸電保護措施

根據(jù)防觸電保護要求，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。當充電樁與電動汽車電源處于斷開狀態(tài)時，可接觸的金屬導體之間、導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。當電動汽車、充電樁、電源均處于斷開狀態(tài)時，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;充電樁的運行必須與電動汽車相連接，因此不但要確保樁體防觸電措施良好，還要做好電動汽車安全檢測工作，一旦汽車絕緣體受損，應立即將電源切斷。因此，當充電電纜與汽車充電接口相連接后，應確定二者有效連接，并對車輛接地線是否與樁體接地保護相連進行檢查。充電樁可分為直流和交流兩種類型，本文分別對充電樁運行中的防觸電保護進行分析和研究。

1.交流充電樁

當樁體與汽車連接后，由于樁體連接器中的電阻進入電路，使測試點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，當連接正常時，R7處于短路狀態(tài)，當連接斷開后，S3與連接器組合起來，需要將S3斷開，此時R7便以并聯(lián)的形式存在于電路中，當測點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)進行檢測，在插座脫離之前及時將電流切斷，以免被帶電體誤傷。

在弱電與強電線路中，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水平，還要有效預防車輛電擊情況，做好電路的控制與指導工作顯得十分必要。當接電線處于斷開情況時，根據(jù)充電樁標準應在100ms內(nèi)將電源斷開，還應對接地連續(xù)性加以重視，如若失去連續(xù)性，車輛相當于失去等電位連接效果，當汽車內(nèi)部電氣絕緣失效后，故障電壓便會全部體現(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重威脅。對于交流電樁來說，在標準中規(guī)定其在應用中必須配置漏電保護器，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環(huán)境，當充電樁絕緣失效后，金屬外殼上的電流將通過地線進入電源，此時漏電保護器將會對剩余電流量進行檢測，如若電流量超過30mA，則自動切斷電源，在未發(fā)生點擊事件之前，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，當前充電樁的安全標準主要針對此類樁體，在標準中提出必須采用自動切斷電源的保護措施，并要求其與交

流電源中的A型保護器兼容。在防觸電保護方面，除了要與相關檢查標準相符合，還應在充電前對絕緣電阻進行檢測，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充電機控制器，S為開關，K0為接觸器，T為隔離變壓器;K1和K2均為直流供電接觸器;當連接器與汽車插座相連接時，可開啟位置檢測功能，檢測點2的電壓從12V降低到6V，確定連接器已經(jīng)成功插入。當工作人員對控制器設置完畢后，控制裝置可通過檢測點電壓數(shù)值判斷插座與連機器是否正確連接，例如，第一個監(jiān)測點的電壓數(shù)值為4V，說明接口已經(jīng)成功連接。只有將電動汽車與充電樁有效連接后，控制器才可啟動，進而進行充電，并在充電中有效預防電擊情況發(fā)生。

在防電擊保護方面，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，當出現(xiàn)故障時可以自動斷電。從上圖1可知，直流+、-與地面之間跨接，可準確檢測直流端絕緣情況。當直流電經(jīng)過隔離變壓器輸出后，電路與大地之間形成IT系統(tǒng)，當絕緣故障發(fā)生時，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，無法開啟漏電保護因此故障電流量較小，如若沒有有效監(jiān)測，這一故障便會始終存在于電路之中，成為潛在的安全風險。因此，在車輛充電之前，應對絕緣電阻進行監(jiān)測，確保數(shù)值超過恒定值，否則禁止充電。當車輛充電時發(fā)生異常情況時，如過電流、接地泄漏等等，應立即采用緊急終止的方式保障安全。

四、結(jié)語

綜上所述，在電動汽車應用中，應做好車輛與充電樁的雙重防觸電保護工作，嚴格按照充電裝置安全標準中的內(nèi)容進行防護，針對直流與交流兩種類型的充電樁進行分析，在電氣裝置設計與安裝方面下功夫，實現(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)在社會生產(chǎn)生活中得到更加廣泛的應用。

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