电动汽车充电桩绝缘智能化自检装置的设计与应用

高胜国 郭佳 景高阳 邢冬雪

摘要：目前，虽然我国在电动汽车充电桩上均有绝缘检测功能，但是针对其安全问题还未完善，文章就平衡电桥法、不平衡电桥法及直流法三种绝缘检测方式的优劣势进行了简单对比。从检测原理、注意事项等多个方面对绝缘监测装置进行了简单分析，并通过实践表明该装置可有效提升充电桩的安全性。

关键词：电动汽车；充电桩；绝缘自检

中图分类号：TN911.72 文献标识码：A 文章编号：2095—6487（2018）02—0022—03

0引言

为了能够减少环境破坏的现象，保障经济与环境共同得到发展，电动汽车作为我国汽车行业未来发展的目标，加强对其充电桩绝缘自检装置的设计，可有效提高我国资源的可持续发展，在提高经济效益的同时，也能够切实实现我国“环境保护”这一基本国策。

随着电动汽车技术的推广应用，使得我国越来越多的专业人士开始关注到这一领域。而充电桩作为电动汽车技术应用中不可缺少的重要组成部分，已然成为代表其发展水平的重要评判方式。我国现有的充电桩的标准比较落后，其具体表现为充电桩的充電功率相对较小，且速度较慢。并且电动汽车充电桩作为现代社会推广铺设的主要方向，所以在安全方面要求更高。在此环境下，我国就直流充电桩明确相关规范，并提出必须要对其进行必要的绝缘检测，进而更好的提升充电安全。

1智能化概述

智能化设备通常具备以下特点，具体包括：其一，要具备感知能力，即在智能化前提下，设备能够通过感知外部世界，并且获取相应的数据信息，这是设备实施智能化活动的前提条件与必经过程；其二，智能化设备还具备了记忆与思维能力，即通过对所存储的信息及思维产生的知识进行分析，然后自动化计算、比较、联想，最终得到正确的决策，来驱动设备进行智能化活动。而在电动汽车充电桩绝缘自检装置中，同样是借助设备智能化作用来自主完成自检、设计与应用等多项活动，以达到提高电动汽车充电桩绝缘自检装置应用的高效性与设计的准确性等。

现阶段下，电动汽车充电绝缘桩应用较为广泛，但是在旧的国家标准中，并未针对电动汽车的充电桩绝缘自检这一问题进行详细地说明，且也没有针对其中可能存在的问题做出明确规定，使得电动汽车在充电时，可能会因充电桩的质量问题存在安全隐患，一旦发生危险，便可能直接对电动汽车使用者造成生命财产上的损失，严重时，还可能造成不可估量的后果。对此，在应用充电桩对电动汽车进行充电时，必须要确保所使用的充电桩安全绝缘检测达到相关规定中的标准。

2绝缘检测方法

通常，直流系统并不会受点接地的影响而出现运行障碍的。但是，如果未及时发现故障点，则可能会在另一个接地故障点出现问题时引发重大事故。为确保直流系统运行的安全可靠性，必须在线检测直流系统的绝缘状况。一旦检测到接地故障或者发生此类故障时，必须要及时发出报警信息，向维修人员明确标示发生故障的分支点，减少因查找故障点所造成的维修延误，引发故障增大现象的发生。因此在对正负直流母线电压接地这一项工作检查时，用电压表来测量，并将其绝缘电阻计算出来，以便能够在电阻值低于设定标准时，能够及时地向操作人员发出警报信息，同时可以自动化启动分支，用于对其故障地点进行检测。在本次研究中，主要以两种最为常见的母线绝缘电阻检测方式来进行分析，即平衡电桥法与不平衡电桥法，而在对去路绝缘电阻进行检测时，多会借助交流法与直流法两种。

2.1平衡电桥法

平衡电桥法主要是检测不平衡接地处。当直流系统的正负母线与其进行接触时，充电桩的另一端所表现出来的电阻在这一时段则会是相同的。原理如1所示。

如图1所示，如果R₂=Ry=∞时（无接地），那么存在V₁=110 V、V₂=-110 V；

如果R_y=∞时现阶段下处于单端接地状态，则需要借助V₁、V₂来对下列方程（1）进行解析，从而可以得到现阶段下的接地电阻R_x。

当R_x=R_y≠∞时，电动汽车的充电桩处于一个平衡接地的状态，但是，若V₁=110 V、V₂=-110 V时，不能借助此对其电阻进行检测；

当R_x≠R_y≠∞时，充电桩的双端则表示为接地状态，将R_x、R_y中最大的电阻视作无穷大，然后进行单端接地求解，R_x、R_y的实际值越是趋向于一致，则证明此类电阻的检测间所存在的误差数越大，证明其测量存在的误差越大。

2.2不平衡电桥法

不平衡电桥检测是接地电阻，其原理图如图2所示。

解开联立方程式（2）、（3）后，可以得出正母线接地电阻R_x、R_y。

2.3直流法

漏电流的基本原理便是直流法，具体原理如图3所示。

对于分支的单端接地，如图4中的正极，分支路上的直流泄漏传感器的电流由流过分支正接地电阻的电流来测量，接地电阻可以通过将总线测量的电压与地面相结合来获得分支。

3绝缘检测方式对比

3.1平衡桥法

平衡桥法通常是对正负母线接地的静态直流电压进行检测，因此其接地时电容量的大小不会对最终的检测结果产生影响，并且也正因为这一原因，使得平衡桥法这一检测方式能够快速的得出最终结果。

缺点：当充电桩两端同时接地时，便会出现非常大的误差，导致检测结果不精确。

3.2不平衡桥法

优点：能够对充电桩内某一端接地进行检测。此外，针对两端接地，平衡接地都能够及时进行精准的测量。

缺点：需分别测量正负母线的接地电阻，并且花费时间较长，检测结果出示的较慢，易受电容影响。

3.3直流法

优点：不需要向母线内写入交流信号，不受接地电容影响，可对母线接地时极性进行检测，且可同时测量充电桩的两端。

缺点：所花费的成本支出较高。

4绝缘检测装置分析

4.1绝缘检测装置功能

硬件检测交流窜电会对充电桩的继电保护装置、直流系统等造成严重的破坏，具体如图5所示。

母线正搭接交流的L或者N线之后，母线负对地的波形如图6所示。

交流窜入时，母线的电压不会出现任何明显变化，但其接地电压会转变为交流信号，但正负极间的差仍为母线电压，因此其无法及时检测到交流值。当对交流窜电进行检查时，应当停止继续对充电桩充电，并增加绝缘检测功能，直至转变为交流信号后，二级管连通，便发生交流窜入。

4.2绝缘检测的注意事项

（1）母线上只有1对平衡电阻。电阻的数量超过1对，绝缘接地电阻所计算的值会存在极大的误差，因此可能导致误报警现象。

（2）母线上只有1个绝缘监测开关。

5结束语

由上述内容可以得知，在对电动汽车的充电桩进行使用时，需要提前进行绝缘检测，以保证其应用的安全性。这便要求要将绝缘检测装置控制模块融入到充电桩内，然后再进行充电操作，只有切实保证绝缘性能好后，方可进入充电阶段，这样能够有效降低因充电桩质量问题而导致的电动汽车受损，或对操作人员人身安全所造成的威胁。