电动汽车充电桩中的漏电保护应用分析

电动汽车充电桩中的漏电保护应用分析

张毅谢燕

陕西省建筑设计研究院有限责任公司陕西西安710018

摘要：我国作为新能源电动汽车全球第一大消费国，新能源电动汽车快速发展，作为重中之重的电动汽车充电桩安全问题：即电动汽车充电桩能否在充电过程中，能否避免随意插拔充电枪导致的事故，在充电结束后能否自动断电，在雨天能否绝缘、避免触电，这是当前很多电动汽车使用者的疑问，什么样的电动汽车充电桩能保障新能源汽车车主在充电过程中安全。本文对电动汽车充电桩中的漏电保护应用分析进行了探讨分析。

关键词：电动汽车；充电桩；漏电保护

引言：根据国内外数据统计，凡是满足国家要求的电动汽车充电桩安全系数是高于家电产品的，不仅人手触及充电桩不会发生事故，而且即便是在风雨雷击等极端情况下，充电桩依然可以保证安全。如何分析电动汽车充电桩中的漏电保护本文进行了探讨分析。

一、电动汽车充电桩应具备的保护功能

在国家标准规定下，电动汽车充电桩应具备的保护功能。电动汽车充电桩应具备过欠压保护、防雷保护、输出短路保护、漏电保护及过流保护等保护装置，电动汽车充电桩内有漏电保护器，当电动汽车充电桩在待机或充电过程中如出现漏电情况会及时跳闸，保护客户人身安全。电动汽车充电桩具备应急红色紧急按钮，在紧急情况下，按下紧急按钮，桩体瞬间断电，保护人身财产安全。

二、漏电流的产生分类

一般漏电流分为四种，分别为：半导体元件漏电流、电源漏电流、电容漏电流和滤波器漏电流

1、半导体原件漏电流

PN结在截止时流过的很微小的电流。D-S正向偏置，G-S反向偏置，导电沟道打开后，D到S才会有电流流过。但实际上由于自由电子的存在，自由电子的附着在SIO2和N+、导致D-S有漏电流。图1.1.1带IGBT开关逆变中的漏电流

2、电源漏电流

开关电源中为了减少干扰，按照国标，必须设有EMI滤波器电路。由于EMI电路的关系，使得在开关电源在接上市电后对地有一个微小的电流，这就是漏电流。如果不接地，计算机的外壳会对地带有110伏电压，用手摸会有麻的感觉，同时对计算机工作也会造成影响。

3、电容漏电流

电容介质不可能绝对不导电，当电容加上直流电压时，电容器会有漏电流产生。若漏电流太大，电容器就会发热损坏。除电解电容外，其他电容器的漏电流是极小的，故用绝缘电阻参数来表示其绝缘性能；而电解电容因漏电较大，故用漏电流表示其绝缘性能（与容量成正比）。

对电容器施加额定直流工作电压将观察到充电电流的变化开始很大，随着时间而下降，到某一终值时达到较稳定状态这一终值电流称为漏电流。i=kcu（μa）；其中k值为漏电流常数，单位为μa（v•μf）

4、滤波器漏电流

电源滤波器漏电流定义为：在额定交流电压下滤波器外壳到交流进线任意端的电流。

如果滤波器的所有端口与外壳之间是完全绝缘的，则漏电流的值主要取决于共模电容CY的漏电流，即主要取决于CY的容量。

由于滤波器漏电流的大小，涉及到人身安全，国际上各国对它都有严格的标准规定，对于是220V/50Hz交流电网供电，一般要求噪声滤波器的漏电流小于1mA。

三、系统漏电检测原理

大多数技术人员对接地故障电流检测的GFCI传感器非常熟悉，

一个三相系统，芯片式RCMU（漏电流监控单元）被放置在母线上，最重要的是三根母线都随机穿过RCMU的中间线孔。图示系统没有中线，是三相三线交流系统。如果是三相四线的系统，若中线上不走电流，中线也可不必穿过RCMU。假设一个连接到一个480/277vac系统10A负载，RCMU将同时测量它。根据基尔霍夫定律，传入和传出的电流会互相抵消。三根母线的电流矢量和应该为零。从图中可知，不考虑方向的情况下：10A-5A-4A=1A，也就是此事该系统线路上的漏电流值为1A。RCMU基于芯片式的设计原理，与无源的互感器区别是：对于不同的漏电成分都能够检测，属于Type-BRCMU。说到这里，简单的回顾下漏电流类型。

1）AC型漏电保护器：

AC型漏电保护器是针对工频正弦漏电电流研发设计的，对突然施加及缓慢上升的正弦漏电电流都能可靠保护。

2）A型漏电保护器：

A型漏电保护器除对正弦漏电信号能够可靠保护外，还能对含有脉动直流分量的漏电信号进行可靠保护。

3）B型漏电保护器：

B型漏电保护器对正弦交流信号、脉动直流信号和平滑信号都能可靠保护

四、电动汽车充电桩中的漏电流保护应用

1、电动汽车充电桩一共有4种模式：

1）模式一：

•充电不受控制

•电源接口：普通电源插座

•充电接口：专用充电接口

•In≤8A；Un：AC230，400V

•电源侧提供相线、中性线和接地保护的导体

电气安全依赖供电电网的安全保护，安全性差，GB/T18487.1-2标准中予以淘汰

2）模式二：

•充电不受控制

•电源接口：普通电源插座

•充电接口：专用充电接口

•In

•功率与电流：2Kw（1.8Kw）8A1Ph；3.3Kw（2.8Kw）13A1Ph

•接地保护，过流（超温）

•电源侧提供相线、中性线和接地保护的导体

•带保护装置/控制的功能

电气安全依靠供电电网的安全基本保护和IC-CPD的保护

3）模式三：

•输入电源：低压交流电

•充电接口：专用充电接口

•In

•功率与电流3.3Kw16A1Ph；7Kw32A1Ph；40Kw63A3Ph

•接地保护过流

•电源侧提供相线、中性线和接地保护的导体

•带保护装置/控制的功能，插头集成在充电桩上

电气安全基于专用充电桩及桩-车之间的引导检测

4）模式四：

控制充电

•站桩式充电机

•功率15KW，30KW，45KW，180KW，240KW，360KW（充电电压和电流依赖于模块大小）

•带监测保护装置/控制的功能集成到桩上

•内置的充电站充电电缆

2、针对充电桩中的结构区分为：

1）模块式的漏电保护设计方法

举例讨论模式二的充电桩，也称之为IC-CPD（线上充电引导盒）和模式三的漏电保护应用，实物如图3.2.1

根据目前IEC62752的漏电保护要求，其可设采用TypeA模块+直流6mA的模块来或者直接TypeB漏电流传感器进行保护。对于模式二IC-CPD的设计体积要求，目前基本上都采用TypeB的RCMU进行设计。如图3.2.2MAGTRONTypeB的RCMU设计应用方案

对于模式三交流桩，针对功率小的单相桩，同样可以采用模块式TypeB型的漏电流传感器进行保护，其效果等同于B型RCCB。

2）RCD断路器保护设计方法

对于功率较大的充电桩，模块式的漏电流传感器满足不了原边母线上的大电流电通过，由于大功率桩内体积相比要求不高，可以直接选用B型的RCCB进行保护如图3.2.4。但是，目前普遍的B型RCCB成本相对较高，也可以暂时选用TypeA/TypeF+DC6mA的模式

总而言之，电动汽车充电桩中最终的保护方式都将严格执行TypeB型的保护要求。

参考文献：

[1]李俄收，吴文民.电动汽车蓄电池充电对电力系统的影响及对策[J].华东电力，2015.

[2]李瑞生，周逢权，李献伟.潮流控制的电动汽车智能化充电站[J].电力系统保护与控制，2015.

[3]夏德建.电动汽车充电研究综述[J].能源技术经济，2015.