随着近两年来的新能源汽车数量的爆发式增长， 其配套设施充电桩的建设规模也随之扩大。 2010 年—2017 年七年间，我国充电桩数量已经从千余个增长至 21 万个。

 

新能源汽车市场的增长离不开基础充电设施的建设，如何保证充电过程中的用电安全，尤其是防止泄漏电流对生命财产造成危害，是值得关注的问题。

 

电动汽车充电一共有四种模式，在GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统 第1部分:通用要求》中有明确说明。

 

模式一使用充电连接电缆将电动汽车与交流电网相连，剩余电流保护主要依靠建筑配电箱中的剩余电流保护装置（RCD），由于不能保证所有现存建筑物装置都配有RCD，所以这种方式十分危险，已经被禁止使用；模式二在充电连接电缆上安装了缆上控制保护装置（IC-CPD），IC-CPD内部具有剩余电流检测保护功能；模式三使用专用供电设备，将电动汽车与交流电网直接连接，并且在专用供电设备上安装了控制导引装置，专用供电设备即交流充电桩；模式四将电动汽车连接交流电网或直流电网时，使用了带控制导引功能的直流供电设备，即直流充电桩。在这里，我们主要讨论模式三、模式四充电桩内的剩余电流保护器的选用。

 

在GB/T 18487.1-2015中要求，交流供电设备的剩余电流保护器宜采用A型或B型，符合GB 14084.2-2008，GB 16916.1-2014和GB 22794-2008的相关要求。如图1所示为充电模式3控制导引电路原理图，在供电设备内部安装了剩余电流保护器。

 

图 1充电模式3控制导引电路原理图

 

什么是A型或者B型剩余电流保护器？我国的剩余电流保护装置（RCD）指导性标准GB/Z 6829-2008（IEC/TR 60755:2008,MOD）《剩余电流动作保护器的一般要求》从产品的基本结构、剩余电流类型、脱扣方式等方面作了划分。

 

根据剩余电流类型可将RCD分为AC型、A型、B型。AC型剩余电流保护器：对突然施加或缓慢上升的剩余正弦交流电流确保脱扣的RCD。A型剩余电流保护器：包含AC型的特性并对脉动直流剩余电流、脉动直流剩余电流叠加6mA平滑剩余电流确保脱扣的RCD。

 

B型剩余电流保护器：包含A型的保护特性，此外，还能对1000Hz及以下的正弦交流剩余电流、交流剩余电流叠加平滑直流剩余电流、脉动直流剩余电流叠加平滑剩余电流、两相或多相整流电路产生的脉动直流剩余电流、平滑直流剩余电流确保脱扣的RCD。

 

 

图2 交流充电桩内部结构

 

目前，由于B型RCD价格过于昂贵，国内大部分的交流充电桩内部安装的都是A型剩余电流保护器。下图所示为交流充电桩内部结构图，使用了A型剩余电流保护装置。

 

那么A型的剩余电流保护器能满足充电桩的漏电保护要求吗？我们来分析一下充电过程中可能产生的剩余电流类型。

 

图3电动汽车充电设施与电网及电动车间连接示意图

 

如图3所示，在使用交流充电桩充电过程中，交流充电桩和车辆耦合器与公共电网相连，桩内如果由于绝缘破坏，可能产生工频交流漏电流。

 

在电动汽车部分，可能产生的漏电流主要来自于车载充电机漏电，充电机一般拓扑主要为AC/DC和DC/DC两部分。如下图所示为一种常见车载充电机的主电路图。

 

图4 一种车载充电机主电路原理图

 

AC/DC部分单相输入交流电首先经过EMI滤波，然后在Boost型APFC电路作用下将85~265V的交流电整流成稳定输出的直流400V电压，并为后级提供直流输入。

 

DC/DC部分采用移相全桥LLC主电路将直流电压400V转化成蓄电池可接受的电压。当电路板与设备外壳之间绝缘损坏时，在整流部分可能产生脉动直流剩余电流，在Boost型APFC电路中可能会产生纹波系数很小的直流剩余电流。这里借用Bender的图来详细说明直流剩余电流的产生及危害。

 

图5 隔离式充电机直流漏电的产生

 

可以看到，在DC/DC部分推挽全桥变换器当中可能发生直流漏电，我国低压配电系统一般采用TN形式供电，设备金属外壳与工作零线相接，直流漏电会通过车身和PE线反馈到充电线路上，对整个系统电流波形造成影响。通过对等效电路的仿真，发现整个系统的电流波形会改变，如下图所示。

 

图6 充电机直流故障系统电流波形

 

可以看到在后端发生直流漏电之后，也会影响到前级电路，整流过后的脉动直流波形发生畸变，产生尖刺，逐级对后端电路产生干扰，影响到充电效果，甚至影响蓄电池寿命...

 

 

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