隨著(zhù)近兩年來(lái)的新能源汽車(chē)數量的爆發(fā)式增長(cháng)， 其配套設施充電樁的建設規模也隨之擴大。 2010 年—2017 年七年間，我國充電樁數量已經(jīng)從千余個(gè)增長(cháng)至 21 萬(wàn)個(gè)。

 

新能源汽車(chē)市場(chǎng)的增長(cháng)離不開(kāi)基礎充電設施的建設，如何保證充電過(guò)程中的用電安全，尤其是防止泄漏電流對生命財產(chǎn)造成危害，是值得關(guān)注的問(wèn)題。

 

電動(dòng)汽車(chē)充電一共有四種模式，在GB/T 18487.1-2015《電動(dòng)汽車(chē)傳導充電系統 第1部分:通用要求》中有明確說(shuō)明。

 

模式一使用充電連接電纜將電動(dòng)汽車(chē)與交流電網(wǎng)相連，剩余電流保護主要依靠建筑配電箱中的剩余電流保護裝置（RCD），由于不能保證所有現存建筑物裝置都配有RCD，所以這種方式十分危險，已經(jīng)被禁止使用；模式二在充電連接電纜上安裝了纜上控制保護裝置（IC-CPD），IC-CPD內部具有剩余電流檢測保護功能；模式三使用專(zhuān)用供電設備，將電動(dòng)汽車(chē)與交流電網(wǎng)直接連接，并且在專(zhuān)用供電設備上安裝了控制導引裝置，專(zhuān)用供電設備即交流充電樁；模式四將電動(dòng)汽車(chē)連接交流電網(wǎng)或直流電網(wǎng)時(shí)，使用了帶控制導引功能的直流供電設備，即直流充電樁。在這里，我們主要討論模式三、模式四充電樁內的剩余電流保護器的選用。

 

在GB/T 18487.1-2015中要求，交流供電設備的剩余電流保護器宜采用A型或B型，符合GB 14084.2-2008，GB 16916.1-2014和GB 22794-2008的相關(guān)要求。如圖1所示為充電模式3控制導引電路原理圖，在供電設備內部安裝了剩余電流保護器。

 

圖 1充電模式3控制導引電路原理圖

 

什么是A型或者B型剩余電流保護器？我國的剩余電流保護裝置（RCD）指導性標準GB/Z 6829-2008（IEC/TR 60755:2008,MOD）《剩余電流動(dòng)作保護器的一般要求》從產(chǎn)品的基本結構、剩余電流類(lèi)型、脫扣方式等方面作了劃分。

 

根據剩余電流類(lèi)型可將RCD分為AC型、A型、B型。AC型剩余電流保護器：對突然施加或緩慢上升的剩余正弦交流電流確保脫扣的RCD。A型剩余電流保護器：包含AC型的特性并對脈動(dòng)直流剩余電流、脈動(dòng)直流剩余電流疊加6mA平滑剩余電流確保脫扣的RCD。

 

B型剩余電流保護器：包含A型的保護特性，此外，還能對1000Hz及以下的正弦交流剩余電流、交流剩余電流疊加平滑直流剩余電流、脈動(dòng)直流剩余電流疊加平滑剩余電流、兩相或多相整流電路產(chǎn)生的脈動(dòng)直流剩余電流、平滑直流剩余電流確保脫扣的RCD。

 

 

圖2 交流充電樁內部結構

 

目前，由于B型RCD價(jià)格過(guò)于昂貴，國內大部分的交流充電樁內部安裝的都是A型剩余電流保護器。下圖所示為交流充電樁內部結構圖，使用了A型剩余電流保護裝置。

 

那么A型的剩余電流保護器能滿(mǎn)足充電樁的漏電保護要求嗎？我們來(lái)分析一下充電過(guò)程中可能產(chǎn)生的剩余電流類(lèi)型。

 

圖3電動(dòng)汽車(chē)充電設施與電網(wǎng)及電動(dòng)車(chē)間連接示意圖

 

如圖3所示，在使用交流充電樁充電過(guò)程中，交流充電樁和車(chē)輛耦合器與公共電網(wǎng)相連，樁內如果由于絕緣破壞，可能產(chǎn)生工頻交流漏電流。

 

在電動(dòng)汽車(chē)部分，可能產(chǎn)生的漏電流主要來(lái)自于車(chē)載充電機漏電，充電機一般拓撲主要為AC/DC和DC/DC兩部分。如下圖所示為一種常見(jiàn)車(chē)載充電機的主電路圖。

 

圖4 一種車(chē)載充電機主電路原理圖

 

AC/DC部分單相輸入交流電首先經(jīng)過(guò)EMI濾波，然后在Boost型APFC電路作用下將85~265V的交流電整流成穩定輸出的直流400V電壓，并為后級提供直流輸入。

 

DC/DC部分采用移相全橋LLC主電路將直流電壓400V轉化成蓄電池可接受的電壓。當電路板與設備外殼之間絕緣損壞時(shí)，在整流部分可能產(chǎn)生脈動(dòng)直流剩余電流，在Boost型APFC電路中可能會(huì )產(chǎn)生紋波系數很小的直流剩余電流。這里借用Bender的圖來(lái)詳細說(shuō)明直流剩余電流的產(chǎn)生及危害。

 

圖5 隔離式充電機直流漏電的產(chǎn)生

 

可以看到，在DC/DC部分推挽全橋變換器當中可能發(fā)生直流漏電，我國低壓配電系統一般采用TN形式供電，設備金屬外殼與工作零線(xiàn)相接，直流漏電會(huì )通過(guò)車(chē)身和PE線(xiàn)反饋到充電線(xiàn)路上，對整個(gè)系統電流波形造成影響。通過(guò)對等效電路的仿真，發(fā)現整個(gè)系統的電流波形會(huì )改變，如下圖所示。

 

圖6 充電機直流故障系統電流波形

 

可以看到在后端發(fā)生直流漏電之后，也會(huì )影響到前級電路，整流過(guò)后的脈動(dòng)直流波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生尖刺，逐級對后端電路產(chǎn)生干擾，影響到充電效果，甚至影響蓄電池壽命...

 

 

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