新能源载具充电安全智能测控装置的创新与实践

摘要：在“双碳”目标驱动下，新能源载具产业蓬勃发展，然而充电安全问题成为制约其发展的关键因素。本文聚焦嘉兴恒创电力集团有限公司博创物资分公司阳光QC小组的实践，深入探讨车辆充电异常智能测控装置的研制背景、过程、效果及价值。该装置集成多项先进技术，有效解决了新能源载具充电安全难题，具有显著的经济和社会价值，为新能源载具充电安全领域提供了创新范例。

**关键词**：新能源载具，充电安全，智能测控装置，红外测温，智能诊断，双碳目标，智能断路器，视频监控，电气监测

一、引言

随着全球对环境保护和可持续发展的重视，我国积极推进“双碳”目标，新能源载具产业迎来快速发展期。新能源汽车、电动叉车等在各行业广泛应用，尤其在电力仓储领域，新能源载具的使用有助于降低碳排放，提升作业的绿色化水平。然而，充电安全问题却日益凸显，成为新能源载具产业发展的瓶颈。充电过程中，受电池特性、充电设备质量和环境因素等影响，过流、过热、短路等异常情况时有发生，若不能及时处理，极易引发火灾、爆炸等严重事故，威胁人员生命安全和造成财产损失。因此，研发有效的充电安全保障装置对新能源载具产业发展至关重要。

二、装置研制背景与需求分析

2.1 研制背景

国家电网积极响应“双碳”战略，推进绿色仓库建设。嘉兴恒创电力集团有限公司博创物资分公司大力推进仓库作业车辆新能源化，将油车替换为电动叉车、电动扫地机、电动汽车等，并应用于物资搬运、场地清洁等场景。但新能源载具充电安全隐患突出，传统充电设施仅配备简单保护装置，如普通空开，缺乏实时监测和智能控制能力。高温环境下充电，电池易过热，却因缺乏有效温度监测手段，无法及时降温，增加起火风险。同时，人工巡检难以满足高频次使用的新能源载具充电安全监控需求，急需智能化测控装置保障充电安全。

2.2 顾客需求调研

阳光QC小组通过问卷调查、现场访谈等方式，对公司内部仓库管理人员、设备维护人员及相关部门领导进行调研。结果显示，顾客高度关注充电安全性能，期望充电异常时能在2秒内快速切断电源以降低安全风险。然而，现有充电设施难以满足这一需求，多数充电设施缺少红外测温、智能开关等先进设备，无法实时监测和精准控制充电参数。发现异常时依靠人工手动切断电源，效率低且易延误，无法满足2秒内切断电源的要求。在仓库场景中，人工巡检受视线遮挡、环境嘈杂等因素影响，难以及时发现充电异常，安全隐患长期存在。

三、车辆充电异常智能测控装置研制过程

3.1 总体方案设计

针对顾客需求和现有充电设施的不足，阳光QC小组提出车辆充电异常智能测控装置的总体方案。该装置集成红外测温模块、视频监控模块、通信传输模块、智能诊断模块、电气监测模块和智能开关模块。充电时，红外测温模块和电气监测模块实时采集充电部位的温度和电气参数，视频监控模块进行可视化监控，这些数据经通信传输模块上传至智能诊断模块。智能诊断模块运用算法分析判断数据，一旦发现异常，立即通过通信传输模块向智能开关模块发送指令，智能开关模块迅速切断电源，保障充电安全。同时，视频监控模块的图像数据可实时传输至主服务器及工作人员手机端，便于随时掌握充电现场情况。

3.2 模块设计与选型

3.2.1 红外测温模块

采用热成像温感探测器作为核心设备，利用红外热成像技术进行非接触式测温。探测器将温度数据转换为电信号，经信号处理电路处理后传送至后台控制系统。其测温精度可达±0.5℃，能快速捕捉温度微小变化。设计时充分考虑安装位置和视角，确保全面覆盖充电部位，避免监测盲区，并采用专用通信协议和抗干扰措施保证数据传输稳定可靠。 3.2.2 视频监控模块

选用具备红外夜视功能的智能球机，可对充电车辆进行360°全方位实时监控。智能球机采用高清摄像头，分辨率高、图像清晰，帧率≥25fps，能清晰捕捉车辆状态变化。夜间或光线较暗时，红外夜视功能发挥作用，夜视距离≥30米。通过网络连接，监控图像可实时传送至主服务器及手机端，且智能球机具备自动跟踪功能，检测到异常时能自动跟踪异常源。 3.2.3 通信传输模块

采用4G模块实现车辆充电异常信息快速传输。4G模块功耗低（≤300mw）、延迟小（≤300ms），确保数据及时传输。采用加密传输技术和数据校验机制，保证数据传输的安全性和稳定性，还支持远程升级功能，方便装置后续优化和维护。 3.2.4 智能诊断模块 作为装置核心部分，运用智能诊断技术对前端数据进行深度分析。采用机器学习算法，对大量充电数据进行学习和训练，建立充电异常判断模型。接收到前端数据后，与模型比对判断是否异常，若发现异常，迅速向智能开关模块发送指令，并将异常信息存储至数据库，推送至工作人员手机端。诊断时间≤200ms，为快速切断电源提供保障。

3.2.5 电气监测模块

采用电流互感器监测车辆充电现场的电流、电压等电气参数。电流互感器将大电流转换为小电流便于测量，通过监测电流判断充电是否正常，如是否存在过流现象。配备电压监测电路监测电压稳定性，对电气参数变化响应迅速（≤300ms），电流测量精度达±0.5%，确保监测数据准确，一旦监测到异常，立即上传数据至智能诊断模块。

3.2.6 智能开关模块

采用智能断路器作为执行元件，在充电异常时快速切断电源。智能断路器动作速度快、可靠性高，保护动作时间≤300ms，具备过载、短路、漏电等多种保护功能。设计时考虑其容量和耐压等级，满足不同新能源载具充电需求，还具备状态监测和故障报警功能，便于维护和管理。 3.3 方案实施与测试

小组依据5W1H原则制定详细实施对策，明确各模块电路设计、制作与调试要求，以及整体装置组装与测试流程和标准。实施过程中，成员分工明确。例如，红外测温模块由专业电路设计人员负责设计、制作和调试，在不同温度环境下测试其测温精度和稳定性；视频监控模块的智能球机安装位置经精心选择，反复测试和优化网络连接和图像传输功能。各模块完成制作和调试后，进行整体装置组装，并在模拟充电场景下全面测试，根据测试结果优化调整，确保装置稳定可靠运行。

四、装置效果验证与应用

4.1 理论计算与模拟实验

小组进行理论计算和模拟实验验证装置性能。理论计算方面，参考相关技术原理及特性值数据，分析各模块响应时间。前端感知红外测温模块温度识别时间为300ms，远程通讯模块电磁传感时间为300ms，视频监控模块识别时间为500ms，智能诊断模块诊断判定时间为200ms，电气监控识别时间为300ms，智能开关切断电源时间为200ms。计算得出车辆充电异常时切断电源总时间为1.2s＜2s，满足顾客需求。模拟实验中，在智能仓库现场搭建简易测试装置，模拟实际新能源车辆充电场景，对各模块进行响应时间试验。整合实验数据后，模拟实验中切断电源时间为1.152s＜2s，从技术层面证明装置可行性。

4.2 实际应用效果

装置在国网华东应急物资储备仓库、国网浙江公司浙北中心库等多个地点应用后效果显著。在某仓库中，一辆电动叉车充电时因电池故障电流过大，红外测温模块和电气监测模块迅速检测到异常并上传数据，智能诊断模块判断后向智能开关模块发送指令，智能开关模块在100ms内切断电源，避免了火灾事故。该装置还提高了充电安全性和运维效率，减少人工巡检工作量，工作人员可通过手机端随时查看充电状态，提升了工作效率。

五、装置的经济效益与社会价值

5.1 经济效益

装置应用产生显著经济效益。在充电效率提升方面，通过实时监测和优化充电过程，单次充电时间平均缩短约10%，提高了充电设备利用率。电能损耗降低方面，实时监测充电电流和电压，避免过充和欠充，每年可节约充电负荷约69000kWh，节省电费数万元。人力成本节约方面，无需专人频繁巡检，每年可节约人力资源成本约144000元，综合计算为企业节省大量成本。

5.2 社会价值

在社会层面，该装置推动了新能源载具充电技术创新，为行业发展提供新思路和方法。保障人民生命财产安全方面，实时监测和快速切断电源功能有效降低充电事故风险，保护了仓库工作人员和周边居民安全。促进能源结构优化方面，提高了新能源载具使用安全性和便利性，推动其广泛应用，助力减少传统燃油使用，降低碳排放，为实现“双碳目标”做出贡献。

六、结论与展望

嘉兴恒创电力集团有限公司博创物资分公司阳光QC小组研制的车辆充电异常智能测控装置，通过集成多种先进技术，成功实现对新能源载具充电状态的实时监测和异常快速切断电源功能。实际应用中，显著提高了充电安全性和运维效率，取得良好的经济效益和社会价值。未来，随着新能源载具技术发展和应用场景拓展，对充电安全要求将更高。小组将继续优化装置性能，采用更先进传感器技术提高监测精度，优化智能诊断算法提高异常判断准确性。同时，扩大应用范围至公共充电站、住宅小区等场所，加强与其他企业和科研机构合作，共同推动新能源载具充电技术发展，为新能源产业蓬勃发展贡献更多力量。

**参考文献**

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注：引用文献包含国家标准、行业期刊论文、国际报告及企业内部资料，涵盖技术原理、应用案例及政策背景，支持论文的研究内容与创新点。