基于模糊層次分析法的電動(dòng)汽車(chē)充電安全評(píng)估

摘要：本文針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電安全評(píng)價(jià)這一關(guān)鍵問(wèn)題，采用模糊層次分析法（FAHP）構(gòu)建了一個(gè)科學(xué)、合理的評(píng)價(jià)模型。通過(guò)引入模糊概念和層次結(jié)構(gòu)，在指標(biāo)構(gòu)建方面，本研究遵循了科學(xué)性、全面性和獨(dú)立性的原則，從動(dòng)力電池安全、充電設(shè)備安全、配電網(wǎng)安全等多個(gè)方面構(gòu)建了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。這些指標(biāo)不僅能夠準(zhǔn)確反映充電過(guò)程中的安全狀況，還能夠?yàn)槌潆姲踩芾砗蜎Q策提供有效的支持。通過(guò)模糊層次分析法計(jì)算得出的權(quán)重結(jié)果，得出充電電池安全的高權(quán)重值，強(qiáng)調(diào)了其在充電安全評(píng)估中的重要性，提示我們?cè)诔潆姲踩芾碇袘?yīng)特別關(guān)注充電電池的安全性能。這一評(píng)價(jià)結(jié)果不僅貼合實(shí)際，還能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)充電安全管理提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：模糊層次分析法；充電安全；電動(dòng)汽車(chē)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM910.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

電動(dòng)汽車(chē)（EV）作為清潔能源交通工具的代表，正逐漸成為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)[1]。電動(dòng)汽車(chē)的普及不僅有助于減少溫室氣體排放，還能降低對(duì)化石燃料的依賴，從而推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化[2]。然而，電動(dòng)汽車(chē)的廣泛應(yīng)用也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，其中最為關(guān)鍵的是充電安全問(wèn)題。充電安全不僅關(guān)系到電動(dòng)汽車(chē)用戶的生命財(cái)產(chǎn)安全，還直接影響到電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展[3]。

學(xué)者從不同角度進(jìn)行深入研究和探索電動(dòng)汽車(chē)充電的安全評(píng)估。付豪[4] 建立了基于云邊協(xié)同的主動(dòng)安全防護(hù)體系；針對(duì)有相當(dāng)應(yīng)用范圍和市場(chǎng)覆蓋率的交流充電樁產(chǎn)品的現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)項(xiàng)目和指標(biāo)要求，劉洪等[5] 進(jìn)行了基于標(biāo)準(zhǔn)的逐條對(duì)標(biāo)和詳細(xì)技術(shù)解析；張獻(xiàn)午等[6]采用云模型-TOPSIS 法，對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)的前兆特征信息進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)排序， 篩選出高風(fēng)險(xiǎn)的前兆特征信息作為風(fēng)險(xiǎn)管控的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。

本文采用模糊層次分析法，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電安全進(jìn)行評(píng)估，構(gòu)建一個(gè)基于模糊層次分析法的電動(dòng)汽車(chē)充電安全評(píng)估模型，通過(guò)該模型對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化評(píng)估，并提出相應(yīng)的安全改進(jìn)措施。研究的意義在于為電動(dòng)汽車(chē)充電安全提供科學(xué)的理論依據(jù)和技術(shù)支持，期望能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)充電安全評(píng)價(jià)研究提供新的思路和方法。

1 電動(dòng)汽車(chē)充電安全評(píng)價(jià)體系

1.1 電動(dòng)車(chē)充電安全特性識(shí)別

在電動(dòng)汽車(chē)充電安全評(píng)價(jià)研究中，對(duì)電動(dòng)車(chē)充電安全特性的識(shí)別是至關(guān)重要的。這些特性涵蓋了動(dòng)力電池、充電設(shè)備以及配電網(wǎng)等多個(gè)方面，它們共同構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的充電安全系統(tǒng)。動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車(chē)的核心部件，其安全特性直接關(guān)系到整個(gè)充電過(guò)程的安全性。動(dòng)力電池在充電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，如果熱量無(wú)法及時(shí)散發(fā)，就會(huì)導(dǎo)致電池溫度升高，進(jìn)而引發(fā)熱失控。因此，動(dòng)力電池的熱穩(wěn)定性是評(píng)估其安全性的重要指標(biāo)。

充電設(shè)備作為連接電動(dòng)汽車(chē)和電網(wǎng)的橋梁，其安全特性同樣至關(guān)重要。充電設(shè)備需要具備過(guò)流保護(hù)功能，以防止充電電流過(guò)大而損壞充電設(shè)備或引發(fā)火災(zāi)。過(guò)流保護(hù)可以通過(guò)檢測(cè)充電電流并切斷電源來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，充電設(shè)備還需要具備過(guò)壓保護(hù)功能，以防止充電電壓過(guò)高而損壞充電設(shè)備或引發(fā)火災(zāi)。過(guò)壓保護(hù)可以通過(guò)檢測(cè)充電電壓并切斷電源來(lái)實(shí)現(xiàn)。配電網(wǎng)作為電動(dòng)汽車(chē)充電過(guò)程中的重要組成部分，其安全特性同樣不容忽視。配電網(wǎng)需要具備良好的穩(wěn)定性，以確保充電過(guò)程中的電壓和電流穩(wěn)定，防止因電壓或電流波動(dòng)而引發(fā)的安全事故。穩(wěn)定性可以通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，配電網(wǎng)還需要具備良好的可靠性，以確保充電過(guò)程中的供電穩(wěn)定，防止因供電中斷而引發(fā)的安全事故。

1.2 充電安全指標(biāo)體系構(gòu)建

為確保指標(biāo)體系的準(zhǔn)確性和有效性，通過(guò)邀請(qǐng)多位電動(dòng)汽車(chē)充電安全領(lǐng)域的專(zhuān)家參與評(píng)估，對(duì)每個(gè)指標(biāo)的重要性和影響力進(jìn)行量化分析。通過(guò)計(jì)算專(zhuān)家意見(jiàn)集中度，能夠確定哪些指標(biāo)在專(zhuān)家群體中具有較高的一致性和認(rèn)可度，從而篩選出最為重要的指標(biāo)。具體指標(biāo)篩選流程如圖1 所示。

最終，經(jīng)過(guò)綜合分析和篩選，構(gòu)建了一個(gè)包含四個(gè)主要指標(biāo)的電動(dòng)汽車(chē)充電安全評(píng)估指標(biāo)體系。這四個(gè)指標(biāo)分別是充電環(huán)境安全、充電電池安全、充電設(shè)備安全和配電網(wǎng)安全。

（1）充電環(huán)境安全指標(biāo)主要關(guān)注充電場(chǎng)所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、通風(fēng)等，以確保充電過(guò)程中的環(huán)境安全。

（2）充電電池安全指標(biāo)主要關(guān)注電池的性能和狀態(tài)，如電池的健康狀況、充放電特性等，以確保電池在充電過(guò)程中的安全性。

（3）充電設(shè)備安全指標(biāo)主要關(guān)注充電設(shè)備的性能和可靠性，如充電樁的充電效率、充電接口的安全性等，以確保充電設(shè)備在充電過(guò)程中的安全性。

（4）配電網(wǎng)安全指標(biāo)主要關(guān)注配電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性，如電壓穩(wěn)定性、供電可靠性等，以確保充電過(guò)程中的供電安全。

2 評(píng)價(jià)模型

2.1 模型概念

模糊層次分析模型的概念源于模糊數(shù)學(xué)和層次分析法。模糊數(shù)學(xué)是一種處理不確定性和模糊性的數(shù)學(xué)工具，它通過(guò)引入模糊集合和模糊邏輯，能夠?qū)δ：拍钸M(jìn)行量化分析。層次分析法是一種多準(zhǔn)則決策方法，它通過(guò)將復(fù)雜問(wèn)題分解為若干個(gè)層次，并對(duì)每個(gè)層次進(jìn)行權(quán)重分配，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)問(wèn)題的綜合評(píng)估。

模糊層次分析模型的優(yōu)點(diǎn)，在于能夠充分考慮評(píng)估過(guò)程中的不確定性和主觀性。在電動(dòng)汽車(chē)充電安全評(píng)估中，許多因素都是模糊的，如充電環(huán)境的安全性、充電電池的健康狀況等。模糊層次分析模型通過(guò)引入模糊集合和模糊邏輯，能夠?qū)@些模糊因素進(jìn)行量化分析，從而提高評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。此外，模糊層次分析模型還能夠?qū)⒍ㄐ苑治雠c定量分析相結(jié)合。在電動(dòng)汽車(chē)充電安全評(píng)估中，定性分析往往難以量化，而定量分析又可能忽略一些重要的定性因素。模糊層次分析模型通過(guò)將定性因素轉(zhuǎn)化為模糊量，再進(jìn)行定量分析，從而實(shí)現(xiàn)了定性分析與定量分析的結(jié)合，為電動(dòng)汽車(chē)充電安全評(píng)估提供了更為全面和深入的分析視角。

對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)充電安全評(píng)估，模糊層次分析模型具有顯著的適用性。首先，電動(dòng)汽車(chē)充電安全評(píng)估涉及多個(gè)因素，如充電環(huán)境、充電電池、充電設(shè)備等，這些因素之間存在復(fù)雜的關(guān)系。模糊層次分析模型能夠?qū)@些復(fù)雜因素進(jìn)行層次化處理，以簡(jiǎn)化流程。其次，電動(dòng)汽車(chē)充電安全評(píng)估中的許多因素都是模糊的，如充電環(huán)境的安全性、充電電池的健康狀況等。模糊層次分析模型能夠?qū)δ：蛩剡M(jìn)行量化分析，提高評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

2.2 模型計(jì)算

2.2.1 構(gòu)建模糊判斷矩陣

模糊判斷矩陣是基于專(zhuān)家對(duì)各個(gè)因素相對(duì)重要性的判斷構(gòu)建的，矩陣中的元素表示兩個(gè)因素之間的相對(duì)重要性。假設(shè)有n 個(gè)因素，模糊判斷矩陣A 可以表示為公式1。

A=[aij]n×n（1）

其中，aij 表示因素i 相對(duì)于因素j 的重要性，通常采用1-9的標(biāo)度進(jìn)行賦值。如果aijgt;1，則表示因素i 比因素j 更重要；如果aijlt;1，則表示因素j 比因素i 更重要；如果aij=1，則表示兩個(gè)因素同等重要。

2.2.2 計(jì)算模糊判斷矩陣的權(quán)重向量

權(quán)重向量表示各個(gè)因素在評(píng)估中的相對(duì)重要性。計(jì)算模糊判斷矩陣的最大特征值λ{(lán)max}，然后計(jì)算對(duì)應(yīng)的特征向量W，歸一化后即為權(quán)重向量。具體見(jiàn)公式2。

W=[w1，w2，…，wn]（2）

其中，wi 表示因素i 的權(quán)重。

2.2.3 進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

一致性檢驗(yàn)是為了確保模糊判斷矩陣的構(gòu)建是合理的。計(jì)算一致性指標(biāo)CI 和一致性比率CR 見(jiàn)公式3。

CI=（λmax-n）/（n-1）

CR=CI/RI（3）

其中，RI 為隨機(jī)一致性指標(biāo)，是一個(gè)與矩陣階數(shù)n 相關(guān)的常數(shù)。如果CRlt; 0.1，則認(rèn)為模糊判斷矩陣具有滿意的一致性。

2.2.4 計(jì)算綜合評(píng)估值

綜合評(píng)估值是通過(guò)將各個(gè)因素的權(quán)重與對(duì)應(yīng)的模糊評(píng)價(jià)值相乘，然后求和得到的。假設(shè)有m 個(gè)評(píng)估對(duì)象，每個(gè)對(duì)象的模糊評(píng)價(jià)值為Ri，則綜合評(píng)估值Si 可以表示為公式4。

SI=WT*Ri（4）

WT 為權(quán)重向量的轉(zhuǎn)置，Ri 為評(píng)估對(duì)象i 的模糊評(píng)價(jià)值向量。

3 計(jì)算分析

3.1 模型計(jì)算分析

為提高評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性和客觀性，引入基于實(shí)際數(shù)據(jù)的客觀權(quán)重來(lái)擬合出綜合的權(quán)重結(jié)果?？陀^權(quán)重是通過(guò)分析電動(dòng)汽車(chē)充電過(guò)程中發(fā)生的事故數(shù)據(jù)來(lái)確定的，這些數(shù)據(jù)反映充電安全的實(shí)際情況和潛在風(fēng)險(xiǎn)。收集2019-2023 年間發(fā)生的電動(dòng)汽車(chē)主要事故數(shù)據(jù)，包括事故類(lèi)型、發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、涉及車(chē)輛型號(hào)等信息。通過(guò)對(duì)這些事故數(shù)據(jù)的深入分析，結(jié)合公式（1）、公式（2）進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，構(gòu)建出判斷矩陣如表1 所示。

按照公式（3）進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，C.R. 值小于0.1，因此該矩陣通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

3.2 結(jié)果分析

通過(guò)權(quán)重結(jié)果顯示，2019-2023 年間，權(quán)重最高的因素為充電電池安全，其權(quán)重值為0.3581。這一結(jié)果反映在電動(dòng)汽車(chē)充電安全評(píng)估中，充電電池的安全狀況是最為關(guān)鍵的因素。充電電池作為電動(dòng)汽車(chē)的核心部件，其安全性能直接關(guān)系到整個(gè)充電過(guò)程的安全性。高權(quán)重的結(jié)果意味著，充電電池的安全狀況對(duì)于評(píng)估電動(dòng)汽車(chē)充電安全具有決定性的影響。因此，在充電安全管理中，應(yīng)特別關(guān)注充電電池的安全性能，確保其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

通過(guò)模糊層次分析法計(jì)算得出的安全評(píng)價(jià)結(jié)果，將電動(dòng)汽車(chē)充電安全狀況分為5 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)：高風(fēng)險(xiǎn)、較高風(fēng)險(xiǎn)、一般風(fēng)險(xiǎn)、較低風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，這些風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的隸屬度依次分別為3.51%、12.65%、29.10%、34.58%、20.17%。從隸屬度分布可以清晰地看到“較低風(fēng)險(xiǎn)”的隸屬度最高，為34.58%，這意味著2019-2023 年間，電動(dòng)汽車(chē)充電安全評(píng)估的整體風(fēng)險(xiǎn)水平主要集中在這個(gè)等級(jí)。這一結(jié)論表明，盡管存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，但整體上電動(dòng)汽車(chē)充電過(guò)程的安全性是相對(duì)較高的。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文探討電動(dòng)汽車(chē)充電安全評(píng)價(jià)的關(guān)鍵問(wèn)題。模糊層次分析法以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠有效處理電動(dòng)汽車(chē)充電安全評(píng)估中的不確定性和復(fù)雜性。通過(guò)引入模糊概念和層次結(jié)構(gòu)，F(xiàn)AHP 能夠?qū)⒍ㄐ苑治雠c定量分析相結(jié)合，為電動(dòng)汽車(chē)充電安全評(píng)估提供了一種新的思路和方法。指標(biāo)構(gòu)建遵循科學(xué)性、全面性和獨(dú)立性的原則，不僅能夠準(zhǔn)確反映充電過(guò)程中的安全狀況，還能夠?yàn)槌潆姲踩芾砗蜎Q策提供有效的支持。通過(guò)模糊層次分析法計(jì)算得出的權(quán)重結(jié)果，提供對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電安全狀況的深入理解。

充電電池安全的高權(quán)重值強(qiáng)調(diào)其在充電安全評(píng)估中的重要性，提示在充電安全管理中應(yīng)特別關(guān)注充電電池的安全性能。這一評(píng)價(jià)結(jié)果不僅貼合實(shí)際，還能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)充電安全管理提供依據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

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作者簡(jiǎn)介：

王文迪，碩士，助教，研究方向?yàn)樾履茉雌?chē)。