浅谈电动汽车充电中漏电流的选型及充电方案测试常见问题

随着环保意识的增强和汽车技术的发展，电动汽车作为一种清洁、高效的交通工具，正逐渐走进人们的生活。在电动汽车的使用过程中，充电安全至关重要，而漏电流的检测与防护则是保障充电安全的关键环节。同时，充电方案测试中的各类问题也需要妥善解决，以确保充电设备的稳定运行和电动汽车的正常充电。

漏电流的危害及相关标准

漏电流的危害

漏电流是指在电气设备中，由于绝缘损坏、线路老化等原因，导致电流从正常路径之外的途径泄漏的现象。在电动汽车充电过程中，漏电流的存在可能会引发多种安全问题。一方面，漏电流可能会对人体造成触电伤害，危及使用者的生命安全;另一方面，长期的漏电流还可能导致电气设备过热，引发火灾等严重事故，给财产带来巨大损失。

相关标准规定

为了保障电动汽车充电的安全，国内外制定了一系列相关标准。在交流充电桩内漏电流保护器方面，标准 IEC60364-7-722 部分 - 电动车供电里明确要求，应选择 B 型或 A 型 30mA 动作的 RCD 作为直流接地故障防护措施(722.531.2 条)。2022 年 5 月 1 日实施的 GB/T40820-2021《电动汽车模式 3 充电用直流剩余电流检测电器(RDC-DD)》标准规定，应用在模式 3 充电设备中的漏电检测装置需具有对 6mA 直流漏电的监测评估能力和对 30mA 交直流漏电流的保护功能。

漏电流的选型

剩余动作电流与剩余不动作电流

在选择漏电流保护器时，需要明确剩余动作电流与剩余不动作电流之间的关系。额定剩余动作电流 I∆n 定义为 RCD 在规定条件下动作的剩余电流值，即当电路中的漏电流超过这个值时，RCD 一定会动作(通常是脱扣，断开电源)。额定剩余不动作电流 I∆no 定义为电路中的剩余电流小于等于这个值时，RCD 在规定条件下不会动作的剩余电流值。标准中规定，I∆no = 0.5I∆n。

不同类型 RCD 的特点及适用场景

AC 型剩余电流保护器

AC 型剩余电流保护器只能保证在突然或缓慢上升的剩余正弦交流电流下脱扣，其适用场景较为有限，在电动汽车充电中，若仅使用 AC 型保护器，可能无法对复杂的漏电情况进行有效保护。

A 型剩余电流保护器

A 型剩余电流保护器具有交流型特性，并能在叠加 6mA 平滑剩余电流时确保脱扣。在使用交流充电桩充电时，交流充电桩和车辆耦合器接入公共电网，若电桩发生绝缘失效，可能会产生工频交流漏电流，车载充电机部分可能会产生脉动直流剩余电流等，A 型剩余电流保护器在一定程度上能够应对这些情况。然而，当直流漏电大于 6mA 时，由于直流剩余电流会引起铁心磁化超前，使跳闸值增大，导致 A 型 RCD 不能正常动作。

B 型剩余电流保护器

B 型剩余电流保护器包含了 A 型的保护功能，还适用于 1000 赫兹的剩余电流和正弦波交流，剩余电流的交流叠加平滑直流剩余电流，脉冲直流剩余电流叠加平滑剩余电流，脉动直流剩余电流的两相或多相整流电路，平滑直流剩余电流确保 RCD 跳闸。由于电动汽车充电过程中可能出现多种复杂的漏电情况，如 DC/DC 部分推挽全桥变换器可能出现的直流漏电等，B 型 RCD 能更全面地对充电过程进行漏电保护。但目前由于 B 型 RCD 价格较高，国内大部分交流充电桩仍安装的是 A 型剩余电流保护器。

充电方案测试常见问题

A 公司板端温升问题

一些终端厂商的产品在常温 20.6℃下，跳过继电器进行一定时间上电后，使用热成像仪器观察发现 PCBA 会存在温度上升较快的现象。经分析，潜在问题点是 PCBA 覆铜面积不够，电流传感器中的母线过流线直径较小，载流能力不足引发过热现象。通过拓宽覆铜面积、增加电流传感器中的过流线直径等手段进行优化后，温升问题得以改善。电路板的载流电流大小主要与覆铜线宽度有关，PCB 线路板铜箔的厚度与线宽之积就是截面积，有一个电流密度的经验值，为 15 - 25A / 平方毫米，它乘以截面积等于通流容量。此外，铜箔的载流量还与印刷电路板上安装的元器件种类、数量以及散热条件有关。

Y 电容的容性漏电问题

Y 电容一般跨接在电力线两线与地之间(L - E、N - E)，用于滤除高次谐波，防止干扰，提高输出电压质量，消除 L 对地或 N 对地的共模干扰。当高压回路与车辆之间存在 Y 电容时，漏电传感器发出的交变电压会出现电容充放电的典型波形。Y 电容越大，漏电传感器给此电容充电时间越长，激励电压方波的失真越严重，即基准电压很难在检测周期内达到实际稳定值。这可能导致漏电传感器计算得出的漏电流值偏大，绝缘阻值偏小，进而引发漏电误报警。而当高压回路不存在较大 Y 电容时，漏电传感器检测脚间电压波形为方波，漏电传感器检测脚间电压稳定，所计算的绝缘阻值比较准确。漏电检测模块检测到的 PWM 方波易受 Y 电容影响，但检测到的电压在检测周期内达到稳定值，对整车功能无影响。不过，Y 电容的增大将引起上电时间的延长。

继电器在 PCBA 中的布局问题

随着电子、电力、电气设备应用越来越广泛，其运行过程中产生的电磁干扰和谐波干扰问题愈发不可忽视。电磁干扰(EMI)是指由无用的信号或电磁干扰 (噪声) 对有用的接收或传输所造成的损害，具有很宽的频率范围(从几百 HZ 到几 MHZ)，又有一定的强度，经过传导和辐射将对电子设备造成干扰。从结构上来说，继电器一般不宜和漏电传感器相距太近，否则会对漏电流传感器产生干扰，从而导致漏电采样值有所偏差，检测数值不精准。继电器的电磁干扰主要来自其线圈中突变磁场和触点断合瞬间产生的电弧，这些干扰的电磁波频率约为 0.1 - 1000MHz，因而其干扰的频带很宽。板端通电后，继电器的线圈绕组会产生一个磁场，而磁通门产品也携带磁的特性，所以继电器会对磁通门技术的传感器中的磁芯产生磁干扰现象，致使采样的数值有一定幅度的正负偏差。通常建议，继电器尽量避免距离漏电传感器太过靠近，最好保持在 15mm 以上的距离，同时传感器适配补偿机制，通过一定策略软件消除偏差值。

结论

在电动汽车充电过程中，合理选择漏电流保护器对于保障充电安全至关重要。B 型 RCD 虽然价格较高，但能更全面地应对复杂的漏电情况，随着技术的发展和成本的降低，有望在未来得到更广泛的应用。同时，在充电方案测试中，要关注板端温升、Y 电容容性漏电以及继电器布局等常见问题，通过优化设计和合理布局，提高充电设备的稳定性和可靠性。只有解决好漏电流选型和充电方案测试中的各类问题，才能为电动汽车的普及和发展提供坚实的保障，推动电动汽车行业朝着更加安全、高效的方向前进。