隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和汽車技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車作為一種清潔、高效的交通工具，正逐漸走進(jìn)人們的生活。在電動(dòng)汽車的使用過(guò)程中，充電安全至關(guān)重要，而漏電流的檢測(cè)與防護(hù)則是保障充電安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。同時(shí)，充電方案測(cè)試中的各類問(wèn)題也需要妥善解決，以確保充電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和電動(dòng)汽車的正常充電。

漏電流的危害及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

漏電流的危害

漏電流是指在電氣設(shè)備中，由于絕緣損壞、線路老化等原因，導(dǎo)致電流從正常路徑之外的途徑泄漏的現(xiàn)象。在電動(dòng)汽車充電過(guò)程中，漏電流的存在可能會(huì)引發(fā)多種安全問(wèn)題。一方面，漏電流可能會(huì)對(duì)人體造成觸電傷害，危及使用者的生命安全;另一方面，長(zhǎng)期的漏電流還可能導(dǎo)致電氣設(shè)備過(guò)熱，引發(fā)火災(zāi)等嚴(yán)重事故，給財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大損失。

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

為了保障電動(dòng)汽車充電的安全，國(guó)內(nèi)外制定了一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在交流充電樁內(nèi)漏電流保護(hù)器方面，標(biāo)準(zhǔn) IEC60364-7-722 部分 - 電動(dòng)車供電里明確要求，應(yīng)選擇 B 型或 A 型 30mA 動(dòng)作的 RCD 作為直流接地故障防護(hù)措施(722.531.2 條)。2022 年 5 月 1 日實(shí)施的 GB/T40820-2021《電動(dòng)汽車模式 3 充電用直流剩余電流檢測(cè)電器(RDC-DD)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，應(yīng)用在模式 3 充電設(shè)備中的漏電檢測(cè)裝置需具有對(duì) 6mA 直流漏電的監(jiān)測(cè)評(píng)估能力和對(duì) 30mA 交直流漏電流的保護(hù)功能。

漏電流的選型

剩余動(dòng)作電流與剩余不動(dòng)作電流

在選擇漏電流保護(hù)器時(shí)，需要明確剩余動(dòng)作電流與剩余不動(dòng)作電流之間的關(guān)系。額定剩余動(dòng)作電流 I?n 定義為 RCD 在規(guī)定條件下動(dòng)作的剩余電流值，即當(dāng)電路中的漏電流超過(guò)這個(gè)值時(shí)，RCD 一定會(huì)動(dòng)作(通常是脫扣，斷開(kāi)電源)。額定剩余不動(dòng)作電流 I?no 定義為電路中的剩余電流小于等于這個(gè)值時(shí)，RCD 在規(guī)定條件下不會(huì)動(dòng)作的剩余電流值。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，I?no = 0.5I?n。

不同類型 RCD 的特點(diǎn)及適用場(chǎng)景

AC 型剩余電流保護(hù)器

AC 型剩余電流保護(hù)器只能保證在突然或緩慢上升的剩余正弦交流電流下脫扣，其適用場(chǎng)景較為有限，在電動(dòng)汽車充電中，若僅使用 AC 型保護(hù)器，可能無(wú)法對(duì)復(fù)雜的漏電情況進(jìn)行有效保護(hù)。

A 型剩余電流保護(hù)器

A 型剩余電流保護(hù)器具有交流型特性，并能在疊加 6mA 平滑剩余電流時(shí)確保脫扣。在使用交流充電樁充電時(shí)，交流充電樁和車輛耦合器接入公共電網(wǎng)，若電樁發(fā)生絕緣失效，可能會(huì)產(chǎn)生工頻交流漏電流，車載充電機(jī)部分可能會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)直流剩余電流等，A 型剩余電流保護(hù)器在一定程度上能夠應(yīng)對(duì)這些情況。然而，當(dāng)直流漏電大于 6mA 時(shí)，由于直流剩余電流會(huì)引起鐵心磁化超前，使跳閘值增大，導(dǎo)致 A 型 RCD 不能正常動(dòng)作。

B 型剩余電流保護(hù)器

B 型剩余電流保護(hù)器包含了 A 型的保護(hù)功能，還適用于 1000 赫茲的剩余電流和正弦波交流，剩余電流的交流疊加平滑直流剩余電流，脈沖直流剩余電流疊加平滑剩余電流，脈動(dòng)直流剩余電流的兩相或多相整流電路，平滑直流剩余電流確保 RCD 跳閘。由于電動(dòng)汽車充電過(guò)程中可能出現(xiàn)多種復(fù)雜的漏電情況，如 DC/DC 部分推挽全橋變換器可能出現(xiàn)的直流漏電等，B 型 RCD 能更全面地對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行漏電保護(hù)。但目前由于 B 型 RCD 價(jià)格較高，國(guó)內(nèi)大部分交流充電樁仍安裝的是 A 型剩余電流保護(hù)器。

充電方案測(cè)試常見(jiàn)問(wèn)題

A 公司板端溫升問(wèn)題

一些終端廠商的產(chǎn)品在常溫 20.6℃下，跳過(guò)繼電器進(jìn)行一定時(shí)間上電后，使用熱成像儀器觀察發(fā)現(xiàn) PCBA 會(huì)存在溫度上升較快的現(xiàn)象。經(jīng)分析，潛在問(wèn)題點(diǎn)是 PCBA 覆銅面積不夠，電流傳感器中的母線過(guò)流線直徑較小，載流能力不足引發(fā)過(guò)熱現(xiàn)象。通過(guò)拓寬覆銅面積、增加電流傳感器中的過(guò)流線直徑等手段進(jìn)行優(yōu)化后，溫升問(wèn)題得以改善。電路板的載流電流大小主要與覆銅線寬度有關(guān)，PCB 線路板銅箔的厚度與線寬之積就是截面積，有一個(gè)電流密度的經(jīng)驗(yàn)值，為 15 - 25A / 平方毫米，它乘以截面積等于通流容量。此外，銅箔的載流量還與印刷電路板上安裝的元器件種類、數(shù)量以及散熱條件有關(guān)。

Y 電容的容性漏電問(wèn)題

Y 電容一般跨接在電力線兩線與地之間(L - E、N - E)，用于濾除高次諧波，防止干擾，提高輸出電壓質(zhì)量，消除 L 對(duì)地或 N 對(duì)地的共模干擾。當(dāng)高壓回路與車輛之間存在 Y 電容時(shí)，漏電傳感器發(fā)出的交變電壓會(huì)出現(xiàn)電容充放電的典型波形。Y 電容越大，漏電傳感器給此電容充電時(shí)間越長(zhǎng)，激勵(lì)電壓方波的失真越嚴(yán)重，即基準(zhǔn)電壓很難在檢測(cè)周期內(nèi)達(dá)到實(shí)際穩(wěn)定值。這可能導(dǎo)致漏電傳感器計(jì)算得出的漏電流值偏大，絕緣阻值偏小，進(jìn)而引發(fā)漏電誤報(bào)警。而當(dāng)高壓回路不存在較大 Y 電容時(shí)，漏電傳感器檢測(cè)腳間電壓波形為方波，漏電傳感器檢測(cè)腳間電壓穩(wěn)定，所計(jì)算的絕緣阻值比較準(zhǔn)確。漏電檢測(cè)模塊檢測(cè)到的 PWM 方波易受 Y 電容影響，但檢測(cè)到的電壓在檢測(cè)周期內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定值，對(duì)整車功能無(wú)影響。不過(guò)，Y 電容的增大將引起上電時(shí)間的延長(zhǎng)。

繼電器在 PCBA 中的布局問(wèn)題

隨著電子、電力、電氣設(shè)備應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的電磁干擾和諧波干擾問(wèn)題愈發(fā)不可忽視。電磁干擾(EMI)是指由無(wú)用的信號(hào)或電磁干擾 (噪聲) 對(duì)有用的接收或傳輸所造成的損害，具有很寬的頻率范圍(從幾百 HZ 到幾 MHZ)，又有一定的強(qiáng)度，經(jīng)過(guò)傳導(dǎo)和輻射將對(duì)電子設(shè)備造成干擾。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，繼電器一般不宜和漏電傳感器相距太近，否則會(huì)對(duì)漏電流傳感器產(chǎn)生干擾，從而導(dǎo)致漏電采樣值有所偏差，檢測(cè)數(shù)值不精準(zhǔn)。繼電器的電磁干擾主要來(lái)自其線圈中突變磁場(chǎng)和觸點(diǎn)斷合瞬間產(chǎn)生的電弧，這些干擾的電磁波頻率約為 0.1 - 1000MHz，因而其干擾的頻帶很寬。板端通電后，繼電器的線圈繞組會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，而磁通門產(chǎn)品也攜帶磁的特性，所以繼電器會(huì)對(duì)磁通門技術(shù)的傳感器中的磁芯產(chǎn)生磁干擾現(xiàn)象，致使采樣的數(shù)值有一定幅度的正負(fù)偏差。通常建議，繼電器盡量避免距離漏電傳感器太過(guò)靠近，最好保持在 15mm 以上的距離，同時(shí)傳感器適配補(bǔ)償機(jī)制，通過(guò)一定策略軟件消除偏差值。

結(jié)論

在電動(dòng)汽車充電過(guò)程中，合理選擇漏電流保護(hù)器對(duì)于保障充電安全至關(guān)重要。B 型 RCD 雖然價(jià)格較高，但能更全面地應(yīng)對(duì)復(fù)雜的漏電情況，隨著技術(shù)的發(fā)展和成本的降低，有望在未來(lái)得到更廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，在充電方案測(cè)試中，要關(guān)注板端溫升、Y 電容容性漏電以及繼電器布局等常見(jiàn)問(wèn)題，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和合理布局，提高充電設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。只有解決好漏電流選型和充電方案測(cè)試中的各類問(wèn)題，才能為電動(dòng)汽車的普及和發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的保障，推動(dòng)電動(dòng)汽車行業(yè)朝著更加安全、高效的方向前進(jìn)。