摘要：本文对电动汽车充电桩中常见的保护类型进行分析，并结合充电装置的安全标准，分别从直流和交流两种类型充电桩的角度出发，提出防触电的保护措施，力求新能源技术能够得到广泛应用，提高绿色、环保水平。
关键词：电动汽车；充电桩；防触电保护
引言
现阶段，能源问题已经受到全世界的关注，尤其是对于我国这种发展较快的国家来说，不但石油资源日渐短缺，汽车尾气污染也日益加重。电动汽车作为一种环保型交通工具，基本实现零排放，但在充电过程中由于电流与功率较大，充电安全问题受到广泛关注，需要根据充电桩的类型采取高效可靠的防触电保护措施。
1.电动汽车充电桩常见的保护类型
电动汽车具有较强的环保性，以电池为驱动力，可有效缓解能源危机，弥补传统汽油车的缺陷与不足。但是，当电动汽车电能不足时需要通过装置进行充电，以实现汽车的循环使用。与家用电器相比，电动汽车的电流与功率相对较大，主要设置在公共场所，在充电桩的设置方面应与IEC标准与国家相关标准相符合，并进行多样化的保护。
（1）过流保护。大部分电子设备均有额定电流，当电流大小超过额定数值时，设备很可能被烧坏，因此需要进行过流保护。当电流大小超过设定数值时，自动断电，使设备主板与芯片得到保护，避免出现设备故障；
（2）漏电保护。通常情况下，在操作时如若手法不当很容易产生漏电事故，较小的电流虽然短时间内不会产生明显反应，但若长此以往，势必会影响人体安全。漏电保护装置可对剩余电流进行回收，如若电流量较大无法回收，则会将电流切断，保障人体与设备安全；
（3）过压保护。主要针对电动汽车的充电桩线路进行保护，当电压数值超过额定值时，应立即控制电压值或者直接切断电源，较为常见的过压器件为二极管、放电管、压敏电阻等，充电桩生产厂家可根据产品的防护等级进行选型；
（4）防雷击保护。对于露天电动汽车来说，设置防雷击保护十分必要，当电力回路受到外界干扰后，很容易在较短时间内产生尖峰电流，此时保护器将瞬时导通分流，防止浪涌对回路内设备产生不良影响；对于户外充电桩来说，雷击浪涌防护主要采用陶瓷气体，并将TVS二极管接入其中，以此方式将残压释放出去[1]。
2.电动汽车充电桩防触电保护措施
根据防触电保护要求，充电桩不可存在外露情况，以免带电体对人体安全构成威胁。当充电桩与电动汽车电源处于断开状态时，可接触的金属导体之间、导体与地之间的电压不超过30V，直流电不超过60V，储存能量不超过20J，如若超过以上数值，则需要在明显处予以警告。当电动汽车、充电桩、电源均处于断开状态时，可触及的金属部件内存储的能量为：
式中，E代表的是能量，单位为J；C代表的是电容量，单位为
；U代表的是电压，单位为V；充电桩的运行必须与电动汽车相连接，因此不但要确保桩体防触电措施良好，还要做好电动汽车安全检测工作，一旦汽车绝缘体受损，应立即将电源切断。因此，当充电电缆与汽车充电接口相连接后，应确定二者有效连接，并对车辆接地线是否与桩体接地保护相连进行检查。充电桩可分为直流和交流两种类型，本文分别对充电桩运行中的防触电保护进行分析和研究。
2.1直流充电桩
此类充电桩又可分为隔离直流与非隔离直流两种，前者是指输出电路与电源交流侧基本绝缘，当前充电桩的安全标准主要针对此类桩体，在标准中提出必须采用自动切断电源的保护措施，并要求其与交流电源中的A型保护器兼容。在防触电保护方面，除了要与相关检查标准相符合，还应在充电前对绝缘电阻进行检测，要求电阻R超过100Ω/V*U，式中U代表的是充电桩中的额定电压，直流充电桩如下图1所示[2]。
图1 直流充电桩
在图1中，R1充电机控制器，S为开关，K0为接触器，T为隔离变压器；K1和K2均为直流供电接触器；当连接器与汽车插座相连接时，可开启位置检测功能，检测点2的电压从12V降低到6V，确定连接器已经成功插入。当工作人员对控制器设置完毕后，控制装置可通过检测点电压数值判断插座与连机器是否正确连接，例如，第一个监测点的电压数值为4V，说明接口已经成功连接。只有将电动汽车与充电桩有效连接后，控制器才可启动，进而进行充电，并在充电中有效预防电击情况发生。
在防电击保护方面，交流侧遵循充电桩的基本要求，将桩体金属外壳与大地相连，当出现故障时可以自动断电。从上图1可知，直流+、-与地面之间跨接，可准确检测直流端绝缘情况。当直流电经过隔离变压器输出后，电路与大地之间形成IT系统，当绝缘故障发生时，在隔离作用下直流段与地面间无法形成回路，使电流故障难以放大，无法开启漏电保护因此故障电流量较小，如若没有有效监测，这一故障便会始终存在于电路之中，成为潜在的安全风险。因此，在车辆充电之前，应对绝缘电阻进行监测，确保数值超过恒定值，否则禁止充电。当车辆充电时发生异常情况时，如过电流、接地泄漏等等，应立即采用紧急终止的方式保障安全[3]。
2.2交流充电桩
在下图2中，1和2为单相电源的连接点，3为接地保护连接点，4为控制导引连接点，5为位置检测点，R4—R7与S3共同组成位置检测功能。当桩体与汽车连接后，由于桩体连接器中的电阻进入电路，使测试点1中的电压数值发生改变，根据电压变化情况可对桩体与汽车的连接情况进行判断，只有二者充分结合，才可使车辆成功充电。S3的主要作用在于避免车辆与桩体间的连接意外断开；S3属于常闭开关，当连接正常时，R7处于短路状态，当连接断开后，S3与连接器组合起来，需要将S3断开，此时R7便以并联的形式存在于电路中，当测点1中的电压数值发生改变后，可根据电路中电压情况对桩体与汽车间的连接状态进行检测，在插座脱离之前及时将电流切断，以免被带电体误伤。
图2 交流电控制引导电路
在弱电与强电线路中，要求线路必须为安全电压供电，从根本上降低绝缘失效、触电事故发生的可能。在充电过程中，不但要考虑到充电桩电击防护水平，还要有效预防车辆电击情况，做好电路的控制与指导工作显得十分必要。当接电线处于断开情况时，根据充电桩标准应在100ms内将电源断开，还应对接地连续性加以重视，如若失去连续性，车辆相当于失去等电位连接效果，当汽车内部电气绝缘失效后，故障电压便会全部体现到金属车架中，使电源回路被切断，使用者的生命安全将受到严重威胁。对于交流电桩来说，在标准中规定其在应用中必须配置漏电保护器，充电线路为供电装置—布线—充电桩—电缆—汽车，该电路营造出有利的漏电保护环境，当充电桩绝缘失效后，金属外壳上的电流将通过地线进入电源，此时漏电保护器将会对剩余电流量进行检测，如若电流量超过30mA，则自动切断电源，在未发生点击事件之前，提早将故障电流切断，以免发生大的故障与后果。
结论：
综上所述，在电动汽车应用中，应做好车辆与充电桩的双重防触电保护工作，严格按照充电装置安全标准中的内容进行防护，针对直流与交流两种类型的充电桩进行分析，在电气装置设计与安装方面下功夫，实现多一重的安全保障，有效以免漏电、绝缘失效等情况发生，使新能源技术在社会生产生活中得到更加广泛的应用。
参考文献：
[1]葛笑寒. 电动汽车直流充电桩安防系统设计[J]. 岳阳职业技术学院学报，2018，33（06）：79-82.
[2]袁向凯，李桃柱，寇亚超. 电动汽车充电桩防电池反接电路设计[J]. 科技风，2018，355（23）：27.
[3]袁金云. 基于PLC的电动汽车交流充电桩[D]. 青岛大学，2016.
论文作者:张翔
论文发表刊物:《电力设备》2019年第11期
论文发表时间:2019/10/18
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