單位：浙江巨磁智能技術有限公司 作者：Amanda

隨著傳統(tǒng)能源的枯竭與環(huán)境污染問題的加劇，電動汽車受到了越來越多的關注。國內電動汽車充電站的發(fā)展迅速，2021年，中央財經委員會第九次會議對推動碳達峰、碳中和作出了系統(tǒng)部署，為電動汽車充電樁的發(fā)展帶來了新的機遇。截止2022年3月，充電樁量達123.2萬輛，新能源汽車保有量達891.5萬輛，其中純電動汽車保有量達724.5萬輛。由此計算，我國車樁比例近乎6:1,遠低于規(guī)劃中的1:1。據(jù)有關專家評估，充電樁的數(shù)量最好應是電動汽車數(shù)量的4倍以上，這樣才能稍微緩解目前電動汽車充電困難的情況。如何保障充電樁充電安全，提高漏電保護性能，成為當下新能源車主以及潛在用戶關注的焦點。

一、充電樁充電類型

電動汽車的充電樁應提供不同的充電方式和充電接口，以滿足不同類型的電動汽車的充電需求。按照充電方式的不同，可以將電動汽車分為交流充電樁、直流充電樁。交流充電樁充電的速度較慢，但占地面積小，布點靈活等，能夠應用在企事業(yè)單位、居民小區(qū)等場所。直流充電樁充電速度較快，輸出的功率較大，可以建設在購物中心、游覽區(qū)等區(qū)域。

中國充電聯(lián)盟公布2022年3月全國電動汽車充換電基礎設施運行情況。2022年3月比2022年2月公共充電樁增加1.9萬臺，3月同比增長44.8%。截至2022年3月，聯(lián)盟內成員單位總計上報公共類充電樁123.2萬臺，其中直流充電樁50.2萬臺、交流充電樁72.9萬臺、交直流一體充電樁485臺。從2021年4月到2022年3月，月均新增公共類充電樁約3.2萬臺。

圖1：公共類電動汽車充電樁交直流占比

由圖1可以看出，交流充電樁占據(jù)著較大的市場份額，因此交流充電樁仍然是目前市場上主流的充電方式。其中交流充電，功率較小，所需的充電時間較長，但對電池的損耗較小，與之相反的則是直流充電樁，其充電功率大，充電快，但是對電池的損耗也較大。

交流充電樁

交流充電樁是通過傳導方式，按照一定的充電模式，將交流電源調整為校準的電壓或電流，為電動汽車動力電池等儲能裝置提供電能。充電流程如圖2所示，其中車載充電機能夠根據(jù)電池管理系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，動態(tài)調節(jié)輸出電壓和電流，確保充電過程安全的進行。車載充電機在交流充電樁和蓄電池之間起著連接紐帶的作用，將交流充電樁提供的低壓交流整流為高壓直流后輸出至蓄電池的正負極，最終轉換成電動汽車所需的直流動能。其中漏電流保護器可以保證車樁之間的電氣安全（圖3），能夠通過車輛接口和電纜插口與新能源汽車內車載充電機進行連接，提供了車載充電機所需的穩(wěn)定交流電源。

圖2：充電流程

圖3：交流充電樁電氣安全

二、交流充電樁漏電保護原理及其必要性

在電動汽車充電時，會存在大量交直流變換（整流/逆變）電路，這些AC-DC轉換電路中不僅有工頻的AC正弦波剩余電流，電路中還存在兩相/三相整流濾波產生的直流剩余電流、平滑直流剩余電流等，以及一些電容對地產生的剩余電流等，這就要求必須采用B型漏電保護器，因為B型漏電保護不僅能夠檢測交流成分交流電，還能檢測直流成分。常見的漏電保護器類型有A型、B型、AC型，分類的依據(jù)是檢測故障電流的特性不同。A型的漏電保護器可檢測剩余正弦交流電流及脈動直流電流，B型漏電保護器可檢測剩余正弦交流電流和直流，AC型漏電保護器可檢測正弦交流電流。

圖4：常見的漏電保護器類型

部分B型漏電流波形圖如下：

對于交流充電樁內漏電流保護器，國外IEC相關標準,必須采用B型漏電流保護裝置對充電樁進行可靠保護。

國內GB/T18487.1中明確要求：交流供電設備的漏電流保護器宜采用B型，來保證專用充電樁及車輛之間的電氣安全和導引檢測。

上海地標DB31/T 1296，針對充電樁的適用場景、安全要求和智能化要求制定的技術標準，要求交流供電設備的漏電流保護器宜采用B型。

根據(jù)電動汽車充電樁GB51348相關標準規(guī)定：交流充電樁的保護應符合下列規(guī)定：

多項標準規(guī)定交流充電樁內需設置漏電流保護器，可見漏電保護的重要性。人體是可以承受輕微電流流過的，比如我們在做醫(yī)療護理中，人體可以承受1mA的弱電流流過，但是人體不能承受較大的電流流過。試驗證明，超過5mA的電流流過我們的身體，就會對我們的健康造成損害。

國家標準GB/T 13870.1—2008《電流對人和家畜的效應》規(guī)定了15～100Hz正弦交流電流通過人體時，有以下幾個主要的效應閾值：（1）感知閾——通過人體能引起任何感覺的最小電流值；（2）反應閾——通過人體能引起肌肉不自覺收縮的最小電流值，反應閾的通用值為0.5 mA；（3）擺脫閾——手握電極的人能自行擺脫電極的最大電流值，擺脫閾的平均值為10 mA；（4）心室纖維性顫動閾值——通過人體能引起心室纖維性顫動的最小電流，是電擊致死的主要原因，此閾值隨通電時間的增大而減小。15～100Hz正弦交流電流過人體時的電流/時間效應分區(qū)見圖5和表1。

圖5： 15Hz～100Hz交流電流過人體時的電流-時間效應分區(qū)

表1 15～100Hz正弦交流電的時間/電流區(qū)域

人體漏電分析

漏電保護器是除地線之外的供電線的電流矢量和。正常工作且不漏電時， 進入漏電保護器的電流矢量和為0。發(fā)生漏電時，漏電流從漏電支路流走（可以是產品接地線，也可以是經人體流入大地），導致流入和流出漏電保護器的電流矢量和不為0。當漏電流超過設定的閾值時，漏電保護器動作切斷供電電源，保證安全。

例如：（1）在地線正常連接的情況下，若相線絕緣損和車身鈑金接觸，因為存在連接車身的地線，有較大電流經過與車身連接的地線流入大地，這時流入和流出漏電傳感器的電流矢量和遠大于其額定漏電流動作值IΔN，漏電保護器在很短的時間內動作（一般≤40 ms）， 切斷給車輛充電的供電電源，車身不再帶電，人員接觸車身就沒有觸電危險了，如圖6所示；（2）在地線故障情況下，車身沒有接地，若發(fā)生相線絕緣損傷接觸車身鈑金，因為車身與大地之間有較大的絕緣電阻，所以車身與大地之間會有AC 220V的壓差，此時漏電傳感器的漏電流小，不會保護。人員接觸車輛時形成觸電回路，在安裝了漏電保護器的情況下，在流過人體的觸電電流達到漏電保護器的動作值時，漏電保護器在規(guī)定的時間內動作，切斷危險的故障電源，人員脫離觸電危險。

圖6：接地線正常下觸電示意圖

三、巨磁Magtron漏電保護器

巨磁主導的高精度B型漏電流傳感器，通過加載退磁激勵、零磁場矯正補償以及全溫區(qū)線性補償?shù)榷喾N技術大幅度降低對材料的要求，達到大批量生產的低成本適應性，相比于傳統(tǒng)器件，成功將尺寸、重量及體積縮小到傳統(tǒng)解決方案的1/4，具有全球首家獨創(chuàng)Self-Check自檢功能。作為全球最小電動汽車充電專用漏電流傳感器，其23mm的高度可以使功率密度大幅提升，模塊化設計，PCB插件安裝，使用便捷。公司自主研發(fā)的SoC芯片技術可以為客戶提供專有的高性價比技術解決方案。公司經過幾年的發(fā)展，技術層面均已迭代升級，研制出的漏電流傳感器廣泛應用于工業(yè)、汽車、電網(wǎng)、航空航天等多個領域。

參考文獻

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GBT 18487.1-2015電動汽車傳導充電系統(tǒng) 第1部分：通用要求.

趙云勇.電動汽車交流充電樁系統(tǒng)設計[D].杭州電子科技大學,2020.

相關標準.

審核編輯 黃宇