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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

导读: 本文从对电动汽车充电安全等级的定义入手,结合目前人们对安全的认识,通过对安全模型的研究和事故链的梳理,建立电动汽车充电安全模型,提出相应的安全措施,再针对不同的安全措施建立技术、管理闭环工作模型,通过不同环节、不同单位的协同工作最终达到整个系统的充电安全。

近年来,随着新能源政策陆续出台,电动汽车的发展势头强劲,对电动汽车充电设施配套建设的需求极为迫切,因此尽快开展对电动汽车充电设施建设的策略性研究、布局规划和试点工程,对实现能源替代,优化能源结构,提高清洁能源占比具有重要意义。

在充电设施建设方面,2015年,国家发展改革委等部委发布的《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020年)》(以下简称《指南》)中提出:到2020年,将新增集中式充换电站超过1.2万座,分散式充电桩超过480万个,以满足全国500万辆电动汽车充电需求。《指南》着力点为快速推进充电设施的标准化和建设,保证电动汽车充电的安全性。充电安全问题应及早考虑,避免在建设中后期出现安全隐患,给国家和人民带来不必要的损失。

电动汽车有其独特的安全需求,它直接或者间接与百姓生活相关,决定了充电设施安全性设计需要考虑的因素比传统工业设备更多、更复杂。

本文从对电动汽车充电安全等级的定义入手,结合目前人们对安全的认识,通过对安全模型的研究和事故链的梳理,建立电动汽车充电安全模型,提出相应的安全措施,再针对不同的安全措施建立技术、管理闭环工作模型,通过不同环节、不同单位的协同工作最终达到整个系统的充电安全。本文是借助全生命周期质量保证体系的概念,试图建立一个全生命周期充电安全模型。

1 安全等级

国家标准GB/T 28001—2011《职业健康安全管理体系要求》对“安全”的定义是:“免除了不可接受的损害风险的状态”。为了更好地分析安全问题,对安全问题进行约定,定义对象和损失类别,不能无限制地扩展,导致后面的分析没法有效进行。

从安全问题引发的后果,可以将安全问题定义为三个级别:

1级,对人身直接造成损害的安全问题;

2级,对汽车和周围设施造成财产损失的问题;

3级,对充电桩本身造成财产损失的问题。

基于以上安全等级的定义,对应三道安全防线:第一道防线保障人身安全;第二道防线保障汽车和周边设施;第三道防线保障充电设施。

第一道防线主要考虑对人的保护,不止是充电的车主,还包括与充电设施工作紧密相关的人,如工程服务人员、验收人员、维护人员、计量检定人员,甚至是保洁员等。此外,还应包括可能接触到充电桩的人,如周边居民,尤其是儿童可能将充电桩当成玩具,这是非常危险的。

第二道防线主要考虑重大财产损失,首先考虑电动汽车的安全,同时要考虑周边设施、车辆的安全,甚至包括周边建筑、财产的损失。第二道防线也至关重要,如若处理不好则有可能引发重大人身、财产事故,因此需要特别重视。当然,蓄意利用充电设施作为武器、工具进行的恶意行动而造成的安全后果不在此列,同时由于不可抗力因素而造成的安全后果也不在此列。

第三道防线主要考虑充电设施自身的安全,保护财产不受损害。

充电设施一定要按照三道防线的优先级和重要性考虑防护措施,当然安全也不仅仅是充电设施和汽车的事情,还有对周边设施、环境的安全要求,本文不深入讨论这种情况。

2 安全问题研究模型

人类对安全的认识有四个阶段:无知的安全认识、局部的安全认识、系统的安全认识和动态的安全认识。目前对电动汽车充电安全认知水平还处于上述前两个阶段的混合,其目标是要建立系统的安全认识,为今后达到动态安全认识阶段奠定基础。

没有危险的状态是安全,而且这种状态是不依人的主观意志为转移的,因而是客观的。无论是安全主体自身,还是安全主体的旁观者,都不可能仅仅因为对于安全主体的感觉或认识不同而真正改变主体的安全状态。因此,安全不仅是没有危险的状态,而且这种状态是客观的,不因人的主观意志为转移。所以安全与安全感是两个不同的概念,本文研究的范畴是安全。

“安全”不是一种实体性存在,而是一种属性,因而它必然依附一定的实体。因此在电动汽车充电安全问题上,需要清楚安全的主体,依据电动汽车设立的三道防线,需要着重考虑人、电动汽车、周边设施和建筑、充电设施作为主体时的安全问题。

安全管理的对象是风险,管理的结果有两个:安全或事故。所谓“安全规律”,确切地说是事故发生的规律,也称“事故链”:初始原因→间接原因→直接原因→事故→伤害。因此要研究安全问题,就需要通过对事故或者危险的研究来实现,需要一种工具去表达各种“事故链”,从而按照事故链条依次化解危险,达到安全目的。

当有了关于某个安全主体的事故模型后,还需要针对这个模型研究解决问题的办法。东汉时期政论家、史学家荀悦在《申鉴˙杂言》中讲到:“进忠有三术:一曰防;二曰救;三曰戒。先其未然谓之防,发而止之谓之救,行而责之谓之戒。防为上,救次之,戒为下。”意思是说,在不好的事情发生之前阻止是上策;不好的事情刚发生时阻止次之;不好的事情发生后再惩戒为下策。电动汽车充电安全研究是要以预防为主、综合治理。

充电系统安全首先考虑必要的预防措施,即本体安全,但只有本体安全是不够的,因为设备在运行过程中,可能有异常发生,在这种情况下,需要考虑一些保护手段,当危险发生或者即将发生的时刻采取必要的措施,截断事故链条,将当前状态拉回到安全。保护的手段可以是自动的,也可能是手动的,例如充电桩上的急停按钮,当感知到危险发生的时候,通过急停按钮保护人、车、桩的安全。最后,还需要有手段实现“戒”的目的,可以考虑的内容有安全警示标志、产品安全要求、各种管理规定等,比如在2011版充电桩和2015版充电桩无法完全兼容的情况下,充电桩支持的版本标示就是很重要的一种安全标志。

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