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从技术与管理角度 分析电动汽车充电安全与解决方案

放大字体 缩小字体 发布日期:2017-01-16 08:32:21   来源:新能源汽车网  编辑:全球新能源汽车网  浏览次数:764


下面的案例是在充电桩型式试验中发现的现象:试验过程中,测试工具用BSM报文给充电桩发送暂停充电请求,充电桩在接收到这个命令后,没有执行暂停输出操作,而是继续输出充电电流。在这种情况下,BMS有可能工作在异常情况下,有发生无法预知危害的可能。

表面上看,似乎是充电桩设计缺陷导致这种安全事故的发生,实际上,这只是其中的一个条件。因为在充电机和BMS的设计中考虑了各种异常情况下的保护措施,如在充电汽车的充电系统设计中,考虑到接触器在异常情况下,由BMS控制切断充电回路,起到对汽车的保护作用,只有在BMS的保护机制失灵的情况下,上述充电机缺陷才会引起安全事故。

4 尚需研究的课题

安全问题是一个涉及多种技术学科,多维度的科学问题,在安全性问题上,还有一些问题需要进一步研究透彻。

4.1?绝缘材料的寿命

电动汽车发展刚刚起步,还缺乏一些与寿命相关的经验,对于一些要求使用10年甚至是更长时间的设备,需要提前研究绝缘性能等安全因素与时间的关系,因为风险不单是目测可以发现的。不然,一旦这些安全指标随时间逐渐下降,导致触电、设备损坏等危险概率增加,就容易引起事故。

绝缘性能随着时间而发生的不可逆下降,称为绝缘老化。在老化过程中,绝缘性能降低到规定的容许范围之下所需要的时间通常称为绝缘的寿命。

绝缘老化的表现形式是多方面的,如介质损耗角正切的增加、击穿强度的降低、机械强度或其他性能的降低等。造成绝缘老化的原因很复杂,包括电老化、热老化、化学老化、机械老化以及受潮及污染等。这些原因可能在绝缘中同时存在,或从一种老化形式转变为另一种形式,往往很难互相加以分开。文献[9–10]中介绍了引起绝缘下降的各种原因,这里不再展开叙述。

标准GB/T 11021《电气绝缘 耐热性分级》中定义了绝缘材料的耐热性分级,充电机的技术标准中也定义了温升要求,但是这种要求不够完整,应该是材质与耐热性等级配合使用,才能保证绝缘性能。

因此,需要对电动汽车充电设施中的关键绝缘材料开展寿命试验,可以通过加速老化试验获得相应的寿命曲线,起到安全预防的作用。

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4.2?绝缘监测和评估技术

对于无法准确计算或者评估器件安全能力的情况,如绝缘水平,可以通过实时自检的方式监测运行情况,一旦发现危险情况,立刻执行保护。目前GB/T 18487.1-2015 中的附录B4.1介绍了充电系统的绝缘监测方法,近期在互操作研究中发现,汽车端的绝缘监测受到充电桩一侧Y电容的影响,如果充电桩电容过大会导致绝缘监测误报。

4.3?通信协议的安全性试验

在目前的型式试验中,通信协议一致性测试主要是验证通信兼容性,尚未考虑通信协议中各种参数设置给充电过程带来的影响。那么,是否存某些通信异常情况,使充电机程序进入死锁状态,出现无法停止输出等情况呢?这需要我们进一步开展研究。

此外,信息安全也需要加强思考和研究。有人认为通信协议中某些信息安全参数的设置纯粹是为了试验,在实际使用过程中不会出现类似情况,这种观点是不正确和比较危险的。在有黑客主动攻击的情况下,小概率事件会立刻成为大概率事件,届时,一辆辆电动汽车很可能就是一个个小炸弹,后果可想而知。

4.4 加强安全性试验方法研究

目前的产品试验方法虽有安全相关的检验项目,但在环境试验方面仍存在不足。在前段时间参与讨论的《充电电气系统与设备安全导则》标准中,高低温、湿热试验部分的试验方法参考了GB/T 2423.1[11]、GB/T 2423.2[12]、GB/T 2423.4[13],主要验证在不同环境下产品的功能、性能是否满足要求。从安全性角度看,是否有必要验证不同环境下的安全性能?答案显然是肯定的,因为人、汽车与充电桩的交互,是全天候的,安全性问题在一天中都有可能发生。

鉴于安全性问题重要性,建议在将来的检测报告中体现不同环境条件下安全性相关的性能指标数据。

除型式试验外,现场安全验收也至关重要,对降低实际充电安全风险意义重大。现场验收需要关注产品原材料、生产制造环节的质量管控,也需要考虑运输、安装等工作是否会造成或者带来新的安全隐患,还需要考虑充电桩安装方式是否满足安全要求,比如充电桩安装的高度问题,安装的场所是否满足设备使用要求,接地问题等。

5 结语

电动汽车充电安全是一项最基本的要求,随着大功率充电、无线充电、群充电等新技术的不断发展和进步,安全的要素也在不断变化,因此充电安全问题的研究是一项长期工作。从事电动汽车充电研究的工程师,可以参考本文提出的安全问题分析模型,踏踏实实地做好安全性研究,为电动汽车健康、有序发展奠定技术基础。

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关键词: 充电 绝缘 电动汽车


 
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