奧特迅李志剛：構(gòu)筑電動汽車柔性充電系統(tǒng)

李志剛

深圳奧特迅電力設(shè)備股份有限公司總工程師

各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家，下午好！十分感謝百人會給我們這個機(jī)會，讓我們能做這場匯報(bào)。我匯報(bào)的題目是構(gòu)筑安全高效的電動汽車柔性充電系統(tǒng)。

背景方面大家都講了很多，我就不講了。

根據(jù)目前我們已有的電動汽車故障的類型，我們分成四類，第一類是因?yàn)殡妱悠囎陨淼脑?，比如說車輛電池原因自燃，內(nèi)部故障、內(nèi)部線路短路、零部件的損壞，比如說BMS、SBT等等。第二類是電動汽車的充電設(shè)施出現(xiàn)了故障，比如說中轉(zhuǎn)充電、電池過充、充電設(shè)備故障，以及配電設(shè)備故障等。第三類是人為原因?qū)е碌墓收?，比如說碰撞、接線錯誤或者是強(qiáng)制充電。第四類是因?yàn)榄h(huán)境因素導(dǎo)致的故障，比如說浸水、漏電或者是雷擊。

導(dǎo)致這些事故的主要原因可能有以下幾個方面：

第一方面，標(biāo)準(zhǔn)還需要進(jìn)一步完善以及制定好的標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)行宣貫的工作，像現(xiàn)在比較緊缺的電池管理標(biāo)準(zhǔn)，還有新舊接口兼容以及消防標(biāo)準(zhǔn)。

第二方面產(chǎn)品質(zhì)量的問題，涉及BMS、充電設(shè)備、充電接口以及電纜等。

第三方面是工程建設(shè)問題，包括充電站的選址問題，包括整站的防雷接地，以及各種防撞措施。

第四方面是監(jiān)控和保護(hù)功能不完善，比如說現(xiàn)在很多的充電站只做了充電的監(jiān)控，但是配電的監(jiān)控很多都沒有做，甚至有一些站就因?yàn)樽儔浩鞯倪^載導(dǎo)致了變壓器故障。

第五方面是場站管理人員的培訓(xùn)和規(guī)范化的管理。

總體來說，電動汽車充電安全是一個比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品質(zhì)量、監(jiān)控、保護(hù)以及管理等各個方面，這需要各個方面協(xié)同合作，只有全行業(yè)都意識到充電安全的重要性，從重功能、重成本向著重安全、重可靠性的方向轉(zhuǎn)變，才能真正地提升電動汽車充電的安全性。

接下來我談一下充電安全的幾個誤區(qū)，剛才已經(jīng)有一些嘉賓講到了，我講的也不一定完全對，歡迎大家指正。

第一，現(xiàn)在還是有很多人覺得飛線充電方式比較簡單方便，所以就利用飛線方式充電，早期電動自行車就已經(jīng)出現(xiàn)了很多的安全隱患，采用飛線充電一般采用的就是普通的家庭插座，缺少必要的保護(hù)和監(jiān)控，比如說過、欠壓保護(hù)、短路及過載保護(hù)、漏電保護(hù)、過溫保護(hù)等，存在極大的安全隱患，不建議采用。

第二，在電動汽車發(fā)生過充的時候，基本上是充電設(shè)備的問題，剛才劉主任講的內(nèi)容里面也涉及到，對電動汽車充電的過程來說，BMS就是總指揮，無論在什么情況下，BMS最后斷開主回路是最后的保障，所以說不管什么情況，對電動車充電的過程中，BMS是極其關(guān)鍵的。另外，對充電設(shè)備而言，根據(jù)自己采集的一些信息來做一些輔助的主動保護(hù)，來保證在BMS出現(xiàn)問題的時候也能起到一定的保護(hù)作用。我覺得就安全方面來講，雙方的職責(zé)要界定得比較清晰。

第三，現(xiàn)在國內(nèi)都有一個觀點(diǎn)，對于電池管理系統(tǒng)而言，均衡的功能是十分重要的。其實(shí)，均衡回路有注意提升整個的動力電池組的電壓一致性，但是對于單體電池的不一致性并不能改善，也不能修復(fù)由于電池本身的裂化的問題。本身對電池充電的安全性的作用也是極為有限的。在我們接觸的一些案例里面，在一些電池做得比較好的時候，可以補(bǔ)設(shè)均衡電路，或者僅設(shè)被動的均衡電路，而且運(yùn)行效果也比較好。而且均衡電路有的時候會掩蓋一部分電池本身的特性的不一致性問題。

所以從這個角度來講，從整個提高電池的安全性方面而言，還是應(yīng)該從電池自身方面提升它的安全性，而不是通過外面的一些輔助的功能提升。

下面我再介紹一下我們的矩陣式柔性充電堆的解決方案，什么叫柔性充電堆？就是把整個充電站內(nèi)部的全部或者是一部分的智能充電模塊以及整站的智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合在一起，利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)對智能充電模塊進(jìn)行集中的控制和管理，并且動態(tài)分配，從而給電動汽車充電提供電能。

根據(jù)下面的圖（ppt）大家可以看到，在常規(guī)的充電機(jī)里面是一組模塊對一個終端，來給一兩輛車充電，這種模式存在著整個充電功率基本上是固定的問題，它針對不同的車型就會存在功率固化、功率不能很好地適應(yīng)車的需求的情況。

在右面的圖里（ppt），我們是把整站的充電模塊都集成在一起，變成了一個集中的充電模塊的堆，充電模塊就變成了集中控制，他們之間的功率都是完全共享的。

同時在模塊堆的下面安裝了智能調(diào)度的模塊，對所有的模塊進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，根據(jù)車輛的需要實(shí)現(xiàn)按需分配。

這是我們充電堆的幾種標(biāo)準(zhǔn)的形式，第一種是標(biāo)準(zhǔn)型，也就是微模塊型，放在室內(nèi)。第三是戶外型，集裝箱型，第三是分散型。同時為了跟充電堆配合，我們有智能型的智能充電終端，安裝在每個車位的一側(cè)，另外我們整個站可以配集中的控制終端，對整站的操作進(jìn)行控制。

由于采用了所有的模塊的共享的技術(shù)，所以充電堆就具有了幾個比較顯著的特點(diǎn)，第一是它的兼容比較廣，這一塊可以實(shí)現(xiàn)攻略的兼容性，也就是說根據(jù)實(shí)際的需要來進(jìn)行攻略的分配。

第二，這種做法效率會做得比較高，因?yàn)樵谡麄€充電的過程中，整個充電機(jī)的負(fù)載率可以控制在一個比較好的負(fù)載率的區(qū)間里面，所以說整個的充電系統(tǒng)的效率會比較高。同時，由于模塊是共用的，在不同的場景下，模塊是可以退出來投到別的終端上去的。所以說整個設(shè)備的利用率比較高。

第三，它可以適應(yīng)未來更大功率充電的需要，所以將來可以避免重復(fù)投資。

第四，由于充電堆是集成在一起進(jìn)行集中控制的，所以可以形成一個比較好的運(yùn)行環(huán)境，這樣的話實(shí)際上充電模塊的壽命可以得到比較大幅度的提升。

今天主要講的是充電設(shè)備的安全性，在充電堆里面我們做了很完善的分級的保護(hù)機(jī)制，按照標(biāo)準(zhǔn)分三級，第一級是人身安全級別的故障，包括整個系統(tǒng)要采用交直流隔離，同時像絕緣故障保護(hù)、漏電保護(hù)、急停故障保護(hù)、PE斷線故障保護(hù)、煙霧檢測、電子鎖等保護(hù)。因?yàn)楝F(xiàn)在所有充電站內(nèi)的設(shè)備的保護(hù)都是基于外殼是有效接地的，一旦PE線斷了之后，這一塊的保護(hù)就失去意義了，所以PE線保護(hù)還是很關(guān)鍵的。

第二是設(shè)備安全級別的故障，包括輸入過/欠壓保護(hù)、缺相保護(hù)、短路、過載、過溫、輸出過壓保護(hù)、輸出過流保護(hù)、電池組過壓保護(hù)、單體電池過壓、單體電池過溫保護(hù)、電池組過流保護(hù)、接觸器黏連保護(hù)，現(xiàn)在充電柜之間要重新接線，一旦接反了之后會直接損壞電動汽車?yán)锩娴谋ｋU(xiǎn)，所以這方面的保護(hù)也是非常必要的。

第三，有些告警提示級別的故障，包括絕緣降低和模塊方面的故障。

第二，改善關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，可以顯著降低設(shè)備的故障率。通過這張表（ppt）大家可以看出，隨著溫度的上升，不管是電容還是電子元器件，它的故障率是顯著提升的。經(jīng)過我們實(shí)測，采用這種充電堆技術(shù)之后，里面加了隔離散熱的風(fēng)道，整個的運(yùn)行環(huán)境使一體機(jī)里面的溫度可以降低5度，可以顯著提高它的壽命。

第三，功能完善的絕緣監(jiān)測電路，目前不管是電動汽車還是充電機(jī)，電動汽車目前大量采用的是注入低頻信號的絕緣監(jiān)測方法，多數(shù)充電設(shè)備采用的平衡橋檢測方法，均無法檢測正負(fù)平衡接地故障。由于電線的老化使得電線絕緣是均勻下降的，在這種情況下，如果不具備平衡接地的檢測，就會存在一定的安全隱患。

第四，靈活多樣的柔性充電策略，本來充電堆的應(yīng)用場是針對社會上不同的充電功率需求的車子，實(shí)際上后來在這方面應(yīng)用到公交場站之后，公交場站反饋的效果是特別好的，應(yīng)用到公交場站可以實(shí)現(xiàn)在夜間谷期的時候，所有的功率是平分，用小的功率給車輛充電的，同時給場站所有的車輛充電，而且在夜間的時候是不需要移車的。白天的時候需要大功率補(bǔ)電。所以在夜間可以用很小的功率同時給很多的終端一起充，白天可以對很多終端進(jìn)行150安最大電流的快充，特別適合公交場站的要求。而且在夜間由于不需要移車，也避免了夜間光纖不好，移車過程中導(dǎo)致車輛的擦碰等問題，而且整個夜間充電功率比較小，使得出現(xiàn)安全問題的幾率大很多。

第五，對整站進(jìn)行全面監(jiān)控和充電的完整記錄，全面的監(jiān)控包括配電、充電以及整個環(huán)境的監(jiān)控，同時對充電過程中的所有的充電過程曲線，包括需求的電壓、電流以及實(shí)際的充電電壓、電流和SOC的變化曲線，都可以在充電監(jiān)控里進(jìn)行完整的記錄，事后可以進(jìn)行清楚的故障分析。

謝謝大家！

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