隨著近兩年來的新能源汽車數量的爆發式增長， 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從千餘個增長至 21 萬個。

 

新(xin)能(neng)源(yuan)汽(qi)車(che)市(shi)場(chang)的(de)增(zeng)長(chang)離(li)不(bu)開(kai)基(ji)礎(chu)充(chong)電(dian)設(she)施(shi)的(de)建(jian)設(she)
，如(ru)何(he)保(bao)證(zheng)充(chong)電(dian)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)用(yong)電(dian)安(an)全(quan)，尤(you)其(qi)是(shi)防(fang)止(zhi)泄(xie)漏(lou)電(dian)流(liu)對(dui)生(sheng)命(ming)財(cai)產(chan)造(zao)成(cheng)危(wei)害(hai)
，是(shi)值(zhi)得(de)關(guan)注(zhu)的(de)問(wen)題(ti)。

 

電動汽車充電一共有四種模式
，在GB/T 18487.1-2015《電動汽車傳導充電係統 第1部分:通用要求》中有明確說明。

 

模式一使用充電連接電纜將電動汽車與交流電網相連
，剩餘電流保護主要依靠建築配電箱中的剩餘電流保護裝置（RCD）
，由於不能保證所有現存建築物裝置都配有RCD
，所以這種方式十分危險，已經被禁止使用
；模式二在充電連接電纜上安裝了纜上控製保護裝置（IC-CPD），IC-CPD內部具有剩餘電流檢測保護功能；模式三使用專用供電設備
，將電動汽車與交流電網直接連接，並且在專用供電設備上安裝了控製導引裝置，專用供電設備即交流充電樁；模式四將電動汽車連接交流電網或直流電網時，使用了帶控製導引功能的直流供電設備
，即直流充電樁。在這裏，我們主要討論模式三、模式四充電樁內的剩餘電流保護器的選用。

 

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

 

圖 1充電模式3控製導引電路原理圖

 

什麼是A型或者B型剩餘電流保護器？我國的剩餘電流保護裝置（RCD）指導性標準GB/Z 6829-2008（IEC/TR 60755:2008,MOD）《剩餘電流動作保護器的一般要求》從產品的基本結構、剩餘電流類型、脫扣方式等方麵作了劃分。

 

根據剩餘電流類型可將RCD分為AC型、A型、B型。AC型剩餘電流保護器：對突然施加或緩慢上升的剩餘正弦交流電流確保脫扣的RCD。A型剩餘電流保護器：包含AC型的特性並對脈動直流剩餘電流、脈動直流剩餘電流疊加6mA平滑剩餘電流確保脫扣的RCD。

 

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

 

 

圖2 交流充電樁內部結構

 

目前
，由於B型RCD價格過於昂貴，國內大部分的交流充電樁內部安裝的都是A型剩餘電流保護器。下圖所示為交流充電樁內部結構圖，使用了A型剩餘電流保護裝置。

 

那麼A型的剩餘電流保護器能滿足充電樁的漏電保護要求嗎
？我們來分析一下充電過程中可能產生的剩餘電流類型。

 

圖3電動汽車充電設施與電網及電動車間連接示意圖

 

如圖3所示，在使用交流充電樁充電過程中，交流充電樁和車輛耦合器與公共電網相連
，樁內如果由於絕緣破壞，可能產生工頻交流漏電流。

 

在電動汽車部分，可能產生的漏電流主要來自於車載充電機漏電，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車載充電機的主電路圖。

 

圖4 一種車載充電機主電路原理圖

 

AC/DC部分單相輸入交流電首先經過EMI濾波，然後在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，並為後級提供直流輸入。

 

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，在整流部分可能產生脈動直流剩餘電流，在Boost型APFC電路中可能會產生紋波係數很小的直流剩餘電流。這裏借用Bender的圖來詳細說明直流剩餘電流的產生及危害。

 

圖5 隔離式充電機直流漏電的產生

 

可以看到
，在DC/DC部分推挽全橋變換器當中可能發生直流漏電，我國低壓配電係統一般采用TN形式供電，設備金屬外殼與工作零線相接，直流漏電會通過車身和PE線反饋到充電線路上，對整個係統電流波形造成影響。通過對等效電路的仿真
，發現整個係統的電流波形會改變，如下圖所示。

 

圖6 充電機直流故障係統電流波形

 

可ke以yi看kan到dao在zai後hou端duan發fa生sheng直zhi流liu漏lou電dian之zhi後hou，也ye會hui影ying響xiang到dao前qian級ji電dian路lu，整zheng流liu過guo後hou的de脈mai動dong直zhi流liu波bo形xing發fa生sheng畸ji變bian，產chan生sheng尖jian刺ci，逐zhu級ji對dui後hou端duan電dian路lu產chan生sheng幹gan擾rao，影ying響xiang到dao充chong電dian效xiao果guo，甚shen至zhi影ying響xiang蓄xu電dian池chi壽shou命ming...

 

 

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