電動汽車傳導(dǎo)充電安全接觸電流測試研究

[摘要] 電動汽車傳導(dǎo)充電過程中，充電回路中的PE線會存在部分接觸電流。由于充電回路中的PE線通過保護(hù)導(dǎo)體連接至車輛電平臺，當(dāng)人體接觸到車輛電平臺時，人體會串聯(lián)或并聯(lián)到充電回路的PE線中，接觸電流會流經(jīng)人體，如果接觸電流過大超過人體可接受的安全限值，會導(dǎo)致發(fā)生充電安全事故。本文測試不同型號和品牌的交、直流充電樁在正常充電情況下和發(fā)生PE線中斷情況下的接觸電流值，對比分析不同情況下接觸電流值，為車輛在設(shè)計充電安全接觸電流限值過程提供參考依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]電動汽車；充電安全；接觸電流

中圖分類號：U469.72 " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1003-8639（2023）

Research on Touch Current Testing for Electric Vehicle Conductive Charging Safety*

Wang Zhaohui，Li Jin，Li Chuan，LI Yang，Zhang Baoqiang

CATARC New Energy Vehicle Test Center （Tianjin）Co.，Ltd.

[Abstract] During the conductive charging process of electric vehicles，there may be partial touch current in the PE line of the charging circuit. Due to the PE line in the charging circuit being connected to the vehicle electrical platform through a protective conductor，when the human body comes into contact with the vehicle electrical platform，the human body will be connected in series to the PE line in the charging circuit，and the touch current will flow through the human body. If the touch current exceeds the acceptable safety limit of the human body，it can lead to charging safety accidents. This article tests the touch current values of AC and DC charging piles of different models and brands under normal charging conditions and in the event of PE line interruption. It compares and analyzes the touch current values under different conditions，providing reference basis for designing safe touch current limits for vehicles during charging.

[Keywords] Electric Vehicles； Charging Safety； Touch Current

基金項目：十四五國家重點研發(fā)計劃儲能與智能電網(wǎng)技術(shù)重點專項資助（2022YFB2403900）。

收稿日期：2023-04-27

1 "前言

隨著全球能源消耗和環(huán)境問題日益突出，電動汽車作為一種清潔、高效、環(huán)保的交通工具，越來越受到人們的關(guān)注和重視。電動車的發(fā)展是世界各國汽車發(fā)展的必然趨勢，而充電技術(shù)的研究是電動車發(fā)展的重要因素，因此對電動車充電系統(tǒng)這一主要環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計，是以后電動車設(shè)計的重要組成部分，電動汽車迅速崛起，充電安全也成了廣大車主關(guān)心的問題之一。

在理想充電狀態(tài)下，流經(jīng)充電回路PE線中的電流應(yīng)該為0，但在實際充電過程中，充電樁內(nèi)會產(chǎn)生半導(dǎo)體元件漏電流、電源漏電流、電容漏電流和濾波器漏電流，這些電流會流經(jīng)PE線，當(dāng)人體或動物接觸到PE線或與PE線相連的車內(nèi)零部件時，流過他們身體的電流被稱為接觸電流。ISO 17409—2020 《Electrically propelled road vehiclesConductive power transfer——Safetyrequirements》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，車輛連接至外部電源時，正常工作條件下的接觸電流不宜大于0.5mAAC或2mADC。發(fā)生PE線中斷故障條件下的車輛交流接觸電流的有效值不應(yīng)大于3.5 mA，直流接觸電流不應(yīng)大于10 mA[1]。

國內(nèi)外有許多團(tuán)隊針對電動汽車傳導(dǎo)充電接觸電流測試進(jìn)行了研究。2018年中國電器科學(xué)研究院有限公司陳永強(qiáng)等人分析了充電樁設(shè)施接觸電流的限值、復(fù)合高頻電流與復(fù)雜波形對接觸電流測試的影響[2]。2020年中國合格評定認(rèn)可中心的任春香介紹了交流充電樁接觸電流測試的試驗方法[3]。2021年四川省電子產(chǎn)品監(jiān)督檢驗所袁行超闡述了影響電子電氣產(chǎn)品泄漏電流的相關(guān)因素以及不同安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的測試差異[4]。

目前關(guān)于接觸電流的研究工作僅是針對充電設(shè)施接觸電流的研究，對于電動汽車在充電過程中的接觸電流鮮有人研究。本文通過分別選取3臺和7臺不同品牌和型號的交、直流充電樁，測試了在正常充電情況下和發(fā)生PE線中斷情況下的接觸電流值，測試結(jié)果表明在正常工作條件下的接觸電流值遠(yuǎn)小于發(fā)生PE線中斷情況下的接觸電流值，且不同品牌和型號的交、直流充電樁的接觸電流存在一定差距。本文的測試結(jié)果可為車輛在設(shè)計充電安全接觸電流限值過程提供參考依據(jù)。

2 "電動汽車傳導(dǎo)充電接觸電流測試方法

2.1 "接觸電流測試原理圖

電動汽車充電回路中，PE線與車輛電平臺相連，由于車輛電平臺與車身相連，人體非常容易接觸到車輛電平臺。正常充電狀態(tài)下，當(dāng)人體接觸到與車輛電平臺相連的任意一點后，相當(dāng)于人體與PE回路并聯(lián)，原理如圖1所示。由于人體存在一定的阻值，在充電回路中起到了分流的作用，流經(jīng)PE線的泄露電流會有一部分經(jīng)過人體。

圖1 "正常充電狀態(tài)人體接觸車輛電平臺原理圖

當(dāng)發(fā)生PE線中斷的情況下，人體串聯(lián)進(jìn)入到PE回路中，原理如圖2所示。原來流經(jīng)PE線的泄露電流全部經(jīng)過人體。

圖2 "PE線中斷后人體接觸車輛電平臺原理圖

如果電動汽車同時具備交流充電和直流充電兩種充電方式，那么測量接觸電流需要測量4種情況下的數(shù)值，分別是直流充電下正常充電和發(fā)生PE線中斷時的接觸電流值，以及交流充電下正常充電和發(fā)生PE線中斷時的接觸電流值。

2.2 "接觸電流測試方法

接觸電流共有兩種測量方式：一種是測量流過保護(hù)搭鐵導(dǎo)體的電流，另一種是用簡單模擬人體阻抗的網(wǎng)絡(luò)（電容+電阻）來測量接觸電流。本文選用的是模擬人體阻抗網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試，GB/T12113—2003《接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流的測量方法》中規(guī)定了人體阻抗網(wǎng)絡(luò)的示意圖，如圖3所示[5]。

圖3中A、B為測量網(wǎng)絡(luò)的端子，R1阻值為10 kΩ，精度為±5％；RS為1.5 kΩ，精度為±5％；RB為500 Ω，精度為±5％；CS為0.22 μF，精度為±10％；C1為0.022 μF，精度為±10％。

根據(jù)公式（1）計算接觸電流：

I_rms=V_2rms/500Ω " " " " "（1）

圖3 "人體阻抗網(wǎng)絡(luò)

電動汽車接觸電流交流連接測試時，應(yīng)在受試設(shè)備連接至交流外部電源后進(jìn)行接觸電流測量。直流連接測試時，應(yīng)在受試設(shè)備連接至直流外部電源后進(jìn)行接觸電流測量。進(jìn)行測試的電纜組件和非車載充電機(jī)應(yīng)符合GB/T 18487.1—2015。測量網(wǎng)絡(luò)的B端口應(yīng)與充電回路中的PE端子連接，測量網(wǎng)絡(luò)的A端口應(yīng)與車身電平臺連接。車輛供電回路應(yīng)以最大額定功率運行。應(yīng)開啟車輛供電回路上連接的所有交流負(fù)載。測試時應(yīng)斷開保護(hù)導(dǎo)體，可從車輛上斷開或打開保護(hù)導(dǎo)體線路上的開關(guān)。

單相交流充電接觸電流測試示意圖如圖4所示。直流充電接觸電流測試示意圖如圖5所示。

1.外部電源2.充電設(shè)施3.受試車輛的外殼4.保護(hù)導(dǎo)體5.模擬的人體網(wǎng)絡(luò)6.受試車輛

圖4 "單相交流充電接觸電流測試示意圖

1.連接車輛或受試設(shè)備2.車輛電平臺或受試設(shè)備外殼3.測試電極4.模擬的人體網(wǎng)絡(luò)5.保護(hù)導(dǎo)體6.充電設(shè)施7.外部電源8.受試車輛

圖5 "直流充電接觸電流測試示意圖

2.4 "接觸電流測試系統(tǒng)搭建

電動汽車接觸電流測試系統(tǒng)主要包括交直流充電設(shè)施、泄露電流測試儀、交直流轉(zhuǎn)接盒、交直流雙頭充電槍和斷路器。測試過程中首先進(jìn)行正常充電狀態(tài)下的接觸電流測試，記錄車輛正常充電狀態(tài)下的AC和DC接觸電流值，然后斷開PE線上的斷路器，記錄發(fā)生PE線中斷情況下的AC和DC接觸電流值。如圖6所示。

圖6 "接觸電流測試試驗圖

3 "電動汽車傳導(dǎo)充電接觸電流測試結(jié)果分析

正常充電狀態(tài)下直流充電接觸電流測試結(jié)果見圖7。接觸電流交流分量最大值為0.008mA，最大值的充電樁為3號樁和4號樁，最大值與最小值之間差距為0.0064mA。接觸電流直流分量最大值為0.0072mA，最大值的充電樁為2、3、4和5號樁，最大值與最小值之間差距為0.0058mA。

圖7 "正常充電狀態(tài)直流充電接觸電流測試結(jié)果

PE線中斷情況下直流充電接觸電流測試結(jié)果見圖8。接觸電流交流分量最大值為0.112mA，最大值的充電樁為6號樁，最大值與最小值之間差距為0.068mA。接觸電流直流分量最大值為0.72mA，最大值的充電樁為4號樁，最大值與最小值之間差距為0.106mA。

圖8 "PE線中斷直流充電接觸電流測試結(jié)果

正常充電狀態(tài)下交流充電接觸電流測試結(jié)果見圖9。接觸電流交流分量最大值為0.001mA，所有樁均為0.001mA。接觸電流直流分量最大值為0.004mA，最大值的充電樁為5號樁，最大值與最小值之間差距為0.002mA。

圖9 "正常充電狀態(tài)交流充電接觸電流測試結(jié)果

PE線中斷情況下交流充電接觸電流測試結(jié)果見圖10。接觸電流交流分量最大值為0.76mA，最大值的充電樁為1號樁，最大值與最小值之間差距為0.016mA。接觸電流直流分量最大值為0.3mA，最大值的充電樁為4號樁，最大值與最小值之間差距為0.243mA。

圖10 "PE線中斷交流充電接觸電流測試結(jié)果

4 "結(jié)論

通過采用不同型號的交直流充電樁對電動汽車進(jìn)行接觸電流測試可知，正常充電情況下的接觸電流最大值為0.08mA，遠(yuǎn)小于PE線中斷情況下的0.79mA。交流充電中，接觸電流交流分量大于直流分量，直流充電中，接觸電流直流分量大于交流分量。由于充電過程中，充電設(shè)施與電動汽車處于同一充電回路中，充電設(shè)施自身內(nèi)部也會產(chǎn)生接觸電流，導(dǎo)致電動汽車與不同型號充電樁進(jìn)行充電會產(chǎn)生不同的接觸電流結(jié)果。為保證測試的結(jié)果為正確接觸電流值，后續(xù)測試將在電動汽車和充電設(shè)備之間增加一個霍爾傳感器用來測量供電設(shè)備的接觸電流，從而得到更加精準(zhǔn)的接觸電流值。

參考文獻(xiàn)：

ISO17409：Electrically propelled road vehicles-Conductive power transfer-Safety requirements[S]. 2020.

陳永強(qiáng)，張序星，羅燕平. 電動汽車充電設(shè)施接觸電流測試的研究[J]. 汽車零部件，2018（12）：78-83.

任春香. 充電樁能力驗證對新能源領(lǐng)域檢驗檢測技術(shù)支撐的研究[J]. 環(huán)境技術(shù)，2020，38（5）：20-23.

袁行超. 電子電氣產(chǎn)品接觸電流解析及測試分析[J]. 環(huán)境技術(shù)，2021（S1）：107-110.

GB/T12113—2003，接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流的測量方法（IEC 60990：1999，IDT）[S].

（編輯 "楊 "景）