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

漏電流的危害及相關(guān)標準

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。在電動汽車充電過程中，漏電流的存在可能會引發(fā)多種安全問題。一方面，漏電流可能會對人體造成觸電傷害，危及使用者的生命安全;另一方面，長期的漏電流還可能導(dǎo)致電氣設(shè)備過熱，引發(fā)火災(zāi)等嚴重事故，給財產(chǎn)帶來巨大損失。

相關(guān)標準規(guī)定

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

漏電流的選型

剩余動作電流與剩余不動作電流

在選擇漏電流保護器時，需要明確剩余動作電流與剩余不動作電流之間的關(guān)系。額定剩余動作電流 I?n 定義為 RCD 在規(guī)定條件下動作的剩余電流值，即當電路中的漏電流超過這個值時，RCD 一定會動作(通常是脫扣，斷開電源)。額定剩余不動作電流 I?no 定義為電路中的剩余電流小于等于這個值時，RCD 在規(guī)定條件下不會動作的剩余電流值。標準中規(guī)定，I?no = 0.5I?n。

不同類型 RCD 的特點及適用場景

AC 型剩余電流保護器

AC 型剩余電流保護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，其適用場景較為有限，在電動汽車充電中，若僅使用 AC 型保護器，可能無法對復(fù)雜的漏電情況進行有效保護。

A 型剩余電流保護器

A 型剩余電流保護器具有交流型特性，并能在疊加 6mA 平滑剩余電流時確保脫扣。在使用交流充電樁充電時，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，可能會產(chǎn)生工頻交流漏電流，車載充電機部分可能會產(chǎn)生脈動直流剩余電流等，A 型剩余電流保護器在一定程度上能夠應(yīng)對這些情況。然而，當直流漏電大于 6mA 時，由于直流剩余電流會引起鐵心磁化超前，使跳閘值增大，導(dǎo)致 A 型 RCD 不能正常動作。

B 型剩余電流保護器

B 型剩余電流保護器包含了 A 型的保護功能，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。由于電動汽車充電過程中可能出現(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 能更全面地對充電過程進行漏電保護。但目前由于 B 型 RCD 價格較高，國內(nèi)大部分交流充電樁仍安裝的是 A 型剩余電流保護器。

充電方案測試常見問題

A 公司板端溫升問題

一些終端廠商的產(chǎn)品在常溫 20.6℃下，跳過繼電器進行一定時間上電后，使用熱成像儀器觀察發(fā)現(xiàn) PCBA 會存在溫度上升較快的現(xiàn)象。經(jīng)分析，潛在問題點是 PCBA 覆銅面積不夠，電流傳感器中的母線過流線直徑較小，載流能力不足引發(fā)過熱現(xiàn)象。通過拓寬覆銅面積、增加電流傳感器中的過流線直徑等手段進行優(yōu)化后，溫升問題得以改善。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，有一個電流密度的經(jīng)驗值，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 對地或 N 對地的共模干擾。當高壓回路與車輛之間存在 Y 電容時，漏電傳感器發(fā)出的交變電壓會出現(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間越長，激勵電壓方波的失真越嚴重，即基準電壓很難在檢測周期內(nèi)達到實際穩(wěn)定值。這可能導(dǎo)致漏電傳感器計算得出的漏電流值偏大，絕緣阻值偏小，進而引發(fā)漏電誤報警。而當高壓回路不存在較大 Y 電容時，漏電傳感器檢測腳間電壓波形為方波，漏電傳感器檢測腳間電壓穩(wěn)定，所計算的絕緣阻值比較準確。漏電檢測模塊檢測到的 PWM 方波易受 Y 電容影響，但檢測到的電壓在檢測周期內(nèi)達到穩(wěn)定值，對整車功能無影響。不過，Y 電容的增大將引起上電時間的延長。

繼電器在 PCBA 中的布局問題

隨著電子、電力、電氣設(shè)備應(yīng)用越來越廣泛，其運行過程中產(chǎn)生的電磁干擾和諧波干擾問題愈發(fā)不可忽視。電磁干擾(EMI)是指由無用的信號或電磁干擾 (噪聲) 對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)，又有一定的強度，經(jīng)過傳導(dǎo)和輻射將對電子設(shè)備造成干擾。從結(jié)構(gòu)上來說，繼電器一般不宜和漏電傳感器相距太近，否則會對漏電流傳感器產(chǎn)生干擾，從而導(dǎo)致漏電采樣值有所偏差，檢測數(shù)值不精準。繼電器的電磁干擾主要來自其線圈中突變磁場和觸點斷合瞬間產(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產(chǎn)生一個磁場，而磁通門產(chǎn)品也攜帶磁的特性，所以繼電器會對磁通門技術(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偏差。通常建議，繼電器盡量避免距離漏電傳感器太過靠近，最好保持在 15mm 以上的距離，同時傳感器適配補償機制，通過一定策略軟件消除偏差值。

結(jié)論

在電動汽車充電過程中，合理選擇漏電流保護器對于保障充電安全至關(guān)重要。B 型 RCD 雖然價格較高，但能更全面地應(yīng)對復(fù)雜的漏電情況，隨著技術(shù)的發(fā)展和成本的降低，有望在未來得到更廣泛的應(yīng)用。同時，在充電方案測試中，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問題，通過優(yōu)化設(shè)計和合理布局，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試中的各類問題，才能為電動汽車的普及和發(fā)展提供堅實的保障，推動電動汽車行業(yè)朝著更加安全、高效的方向前進。