“高性能B型漏电流检测方案在电动汽车充电保护中的应用—IC”

一、举办ic-cpd国家标准研究开发启动会

年12月18日，“电动汽车模式双充电的电缆上控制与保护装置( ic-cpd )”国家标准启动在上海顺利召开，来自国内电动汽车制造公司和ic-cpd制造公司的20多名技术专家参加了会议。 这次会议首先讨论了标准制定的概要和框架副本，对国家标准的制定有着积极的促进作用。 这次会议的召开，再次把目光投向了电动汽车这个非常热门的话题。

二、电动汽车市场前景和ic-cpd的市场应用

从2007年到现在，我国新能源汽车的产销量、保有量连续5年居世界第一位，新能源汽车迎来了快速发展。 根据中汽协最新公布的数据，全年中国新能源汽车销量达到110.0万辆，占全年国内汽车销量的4.94%。 其中一季度受疫情影响，销量下降严重，国内疫情得到控制，销量逐渐回升。 11月国内新能源车销量达到20万辆，比去年同期增长104.9%。

图1 )年中国新能源汽车销量(万辆)数据来源:中国汽车协会

并且在今年11月，国务院办公厅印发了《新能源汽车产业快速发展计划( 2021-2035年)》(以下简称《计划》)。 根据《规划》，2025年，新能源汽车销量达到汽车新车销售总量的20%左右，2035年纯电动汽车成为新销售车辆的主流。 [1]市场研究机构IDC ( international data corporation )近日发布的报告显示，受政策推动等因素的影响，中国新能源汽车市场未来5年将迎来强劲增长，从年到2025年年均复合增长率) cagr 到2025年，新能源汽车销量将达到约542万辆。

图2 )中国新能源汽车年销量和预测(万辆)数据来源: idc

从欧洲市场来看，随着欧洲对全球变暖的关注，欧洲各国政府纷纷对新能源汽车的购买和采用发放和扩大补贴，推动了欧洲新能源汽车的快速发展。 尽管受到今年疫情的影响，但欧洲新能源汽车的销售额似乎逻辑上同比上升了52%，以40.33万辆直接超过中国成为世界第一。 欧洲在新能源汽车行业树立了远大的目标，预计到2030年新能源汽车的销售份额将大幅提高到20%。

如果调查欧洲各国的燃料车禁止销售计划，就会发现欧洲正在加速替换新能源汽车。 年，首相鲍里斯·约翰逊宣布，从2030年开始，英国全境禁止销售新的汽油车和柴油车，并将期限再次提前5年。 德国政府年内通过议案，2030年禁止燃料机车的销售，预计到2030年德国将有1000万辆电动汽车上路。 荷兰在2030年议案中提出禁止销售汽油/柴油轿车挪威在2030年的国家计划中确定2025年禁止全面销售汽油/柴油轿车的法国、以色列、西班牙等国在2030年至2040年之间

配合各国的相关计划，各汽车企业也相继公布了停止销售前传来的燃料车的时间。

表1 )各大型车企燃料车停止销售的时间表

由此可见，新能源汽车，特别是纯电动汽车是未来汽车快速发展的首要趋势。

随着新能源汽车的迅速发展，电动汽车对充电设备的诉求也急剧提高，作为电动汽车搭载的IC-CPD ( IC-CPD )的电缆控制和保护装置的诉求 随着电动汽车领域的迅速发展，电动汽车整车配送附件ic-cpd产品的性能对整车和人身安全的防护具有重要意义。

三、国内外ic-cpd标准对漏电保护要求的解读

回到开头提到的ic-cpd国家标准研讨会，这次会议的召开正面反映了国内相关部门和相关领域内公司对ic-cpd产品防护性能的提高。 如果仔细研究国内外对ic-cpd的标准，就会发现，相对于漏电防护这一相关要求，目前国内标准暂时落后，无论是欧洲执行的iec62752标准还是美国执行的ul2231标准，都有国内标准的修订值得借鉴之处

)1)国内对漏电的标准要求

gb/t 18487.1[3]中，规定了在交流充电模式中具备满足类型b或类型a的残留保护功能的装置，但是没有强制规定采用类型b的残留电流保护装置，是ic-cpd的领域标准nbt 42077-[4] 但是，由于只规定了a型剩余电流保护装置的相关测试要求，因此，目前国内的ic-cpd对漏电保护的要求只有a型剩余电流基准。

图3:gb/t 18487.1- 10.3中对剩余电流保护的要求

)2)欧洲标准对漏电的保护要求

关于欧洲实施的标准iec 61851.1-[5]，规定在交流充电设备中的剩余电流保护中使用b型或a型+6ma平滑直流的rcd。 另外，ic-cpd相关标准iec62752-[6]中还确定证明了要求残留电流保护装置检测平滑直流6ma。 这是国内对以前流传下来的a型保护装置的更高要求。

图4:iec 61851.1- 6.5对剩余电流保护的要求

图5:iec 62752- 5.2.8中对剩余电流保护的要求

)2)美国标准对漏电的保护要求

关于美国市场，美国政府没有强制规定制造商必须按照标准ul2231-1-[7]执行，但该标准中也提到了直流剩余电流的保护要求。 在ul2231中，ccid有ccid5和ccid20两种保护类型，可以看出是根据实际诉求选择的。 ccid5接近于普遍使用的ic-cpd，其保护阈值为5 1ma ac/30ma dc。

图6:ul 2231-2- 21.2对剩余电流保护的要求

为什么欧洲标准和美国标准都有确定的要求，而剩余电流保护装置需要检测直流漏电呢？ 首先，让我们了解剩余电流类型的定义。

图7 :剩余电流类型的分类

其中:

ac型)是纯交流的剩余电流波形检查，常见于工频交流漏电。 波形比较单一，在欧洲等国家完全禁止采用，在国内大部分场景也同样禁止采用。

a型) ac型中增加了脉动交流、脉动直流波形的检测，目前被国内外常见的工业环境广泛采用；

类型b :在类型a的基础上，增加了对平滑直流、断续直流、高频1k hz及各种复合波形的检测，是对漏电保护的更高要求。 现在，在海外部分家庭环境和医疗环境等有直流用电气设备的环境中被采用，在汽车充电行业也逐渐普及；

另外，还有f型和b+型的剩余电流型，在此不作说明。

回到直流漏电检测的问题，在以前传来的ac型或a型漏电保护装置中，核心部件多为零序变压器，其电流测量的原理多为互感原理，根据随变化的电场变化的磁场感应变化的电流，经过后端解决后计算电流值。 但是，如果电力消耗环境中叠加了平滑的直流漏电，情况就会发生变化。

图8 :直流故障电流对a型检测故障电流的影响

在图8中，可以分解传统的a型漏电保护装置的传感器。 通常，用于电流检测的磁环的b-h曲线如图所示，是通过原点的s形曲线，存在线性区域和非线性区域。 传感器检测到正常故障的交流电后，其对应的电场强度曲线a位于曲线的直线区域，感应出的磁场强度曲线为b。 在商用交流中叠加了直流剩余电流的情况下，叠加的直流产生一定的电场强度，使曲线a向曲线c偏移，但是在直流电流的电场强度足够大而感应出的电场强度来到非线性区域的情况下，感应出的磁场强度曲线为d。 由图8可知，如果d曲线的磁场强度明显小于b曲线，则漏电保护装置也根据检测到的故障电流，明显小于实际值。 因此，实际的剩余电流达到额定值时漏电保护装置不动作，可能会对人造成危害，损坏线路和设备，严重时还可能会导致火灾等可怕的结果。

因此，随着直流供电设备在日常生活中的普及，直流漏电检测非常重要。

三、开卷产品的市场诉求

通断量和模拟量是工程plc中经常采用的数据模式，输入输出大多通过通断量和模拟量传输。 其中:

开关量是指非连续性信号的采集和输出，包括远程采集和远程输出。 有1和0两种状态，这是数字电路中的开关性质，通常开关量装置通过内部继电器实现开关量的输出。 在ic-cpd的应用中，传感器可以通过赋予开关量直接控制，也可以通过ic-cpd板的mcu控制继电器的动作来实现漏电切断的功能。

模拟量是指变量在某一范围内连续变化的量，可以在一定范围内取任意值(在值域内)。 剩余电流检测的最大特点是可以实时监测工作时的剩余电流情况，可以在数据观察、漏电报警等方面提供较大的数据支持。

目前，随着电动汽车的迅速发展，ic-cpd的诉求也在向小型化、低价化方向迅速发展，另外漏电流检测模块也作为ic-cpd的主要部件之一，需要顺应时代的潮流。 开关量传感器集成了电流采集和解决的双重功能，大大减少了ic-cpd在pcb板上的电子元器件数量和布板空之间； 另外，开关量的输出模式对于ic-cpd的工程师来说，信号解析变得容易了，ic-cpd软件的制作也变得简单了。 因此，开卷产品被越来越多的ic-cpd制造商所吸引。

六、满足magtron企业推出的最新ic-cpd漏电检测要求( ice62752 )的开关量的产品

以magtron企业的产品rcmu101-k系列的漏电流传感器为例，

图9:rcmu101-k系列产品

该系列产品为b型剩余电流传感器，使用开关量输出，便于ic-cpd客户采用，提供性能优异的漏电流检测处理方案。 提出使用高精度的自适应磁通门传感技术，从原理上可以准确实时有效地检测交直流剩余电流，通过内置解决单元( mcu )，输出跳闸信号，可以完全满足iec62752的漏电保护要求，但是

图10 )客户端的应用示例

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七、参考文献

[1]国务院办公室.《新能源汽车产业快速发展计划( 2021-2035年)》.国办发) 39号

[2]idc .《绿色未来中国新能源汽车市场将迎来强劲增长》

[3] gb/t 18487.1-电动汽车传导充电系统第1部分:通用要求

[4] nbt 42077-电动汽车充电模式2充电的电缆上控制和保护装置( ic-cpd ) )。

[5] iec 61851.1 -电气电气电气交换系统-部件1 :一般

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