電動汽車應(yīng)用的剩余電流傳感器

本章通過簡述漏電流的危害，四種不同的電動汽車充電模式，從而引出適用于不同模式的剩余電流傳感器，以及分享了Western Automation的產(chǎn)品系列作為電流檢測方案參考。

電氣故障保護(hù)是全球化的大趨勢，接地故障斷路器與剩余電流流檢測傳感器能有效避免電擊事件發(fā)生，專門設(shè)計的電流傳感器可以檢測毫安級別的交流與直流接地電流，從而用來判斷是否會對人體產(chǎn)生危害。如下示意圖簡單描述了人體觸電時會有電流經(jīng)過大地，該不均衡電流即漏電流，通過檢測該漏電流可以判斷觸電或絕緣擊穿的事件。

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電工基礎(chǔ)知識里面有關(guān)于危害電流的介紹我們?nèi)梭w內(nèi)部是有生物電的，我們能動，能思考，能呼吸，都是靠生物電的傳遞，若有外部大電流流經(jīng)人體，就會擾亂我們體內(nèi)的神經(jīng)傳遞，大電流的發(fā)熱還會損壞人體組織等，造成生命危險。

電之所以能危害我們的人身安全，主要是在于電流，而不是電壓，若電壓非常高，但其能量很小，電流很小，對人來說是不會有危險的，例如打火機(jī)的電子點(diǎn)火器、（小功率）特斯拉線圈的高壓電弧等。

人體是電的良導(dǎo)體，人體受到電擊后，就會有電流通過人體。觸電電流是造成人體傷害的主要原因。觸電電流的大小不同，觸電引起的傷害也會不同。一般認(rèn)為，觸電電流從大到小，按照造成傷害大小可分為感覺電流、擺脫電流、傷害電流和致死電流。

感知電流：是指在一定概率下，電流通過人體時能引起任何感覺的最小電流。當(dāng)電流達(dá)到交流1mA或者直流5mA的時候，人體就會有感覺，接觸部位會有輕微的麻痹、刺痛感，可能會引起高墜等二次傷害。概率為50%時平均感知電流約為11mA，最小為0.5mA，女子約為0.7mA；

擺脫電流：指手握帶電體的人能自行擺脫帶電體的最大電流。人體雖可擺脫帶電體但受接觸帶電體時間長短、年齡體質(zhì)等原因也可昏迷、死亡。通常把擺脫電流視為危險臨界電流，成年男性的平均擺脫電流約為16mA，成年女性的平均擺脫電流約為10.5mA；擺脫概率為99.5%時，成年男性和成年女性的平均擺脫電流約為9A和6mA。

室顫電流：指在短時間內(nèi)，能引起心室顫動的最小電流。電流使心室肌各部分不協(xié)調(diào)的震動，造成致命性心律失常引起心室顫動造成血液循環(huán)停止致人死亡。通常把引起心室顫動的最小電流作為致命電流界限，當(dāng)電流持續(xù)時間超過心臟搏動周期時，人的室顫電流約為50mA，當(dāng)電流持續(xù)時間短于搏動周期時，人的室顫電流約為數(shù)百毫安。通過人體電流的大小取決于外加電壓和人體電阻。

致死電流：當(dāng)通過人體的交流電流達(dá)到100mA時，如果通過時間達(dá)到1s，就足以使人致命。

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GB18478.1電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第一部分通用要求里面有介紹電動汽車的四種充電模式模式1：

充電系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)插頭與插座，能量傳輸過程中應(yīng)采用單相交流供電，且不允許超過8A/250Vac，該模式只有線纜與接頭，中間沒有任何的保護(hù)與控制盒，該模式不應(yīng)使用對電動汽車充電。

模式2：

充電系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)插頭與插座，能量傳輸過程中應(yīng)采用單相交流供電，從標(biāo)準(zhǔn)插座到電動汽車應(yīng)提供保護(hù)接地導(dǎo)體，且應(yīng)具備剩余電流保護(hù)與過流保護(hù)功能，即常見的便攜式充電盒，國內(nèi)一般220Vac,10/16A。

模式3：

應(yīng)用于連接到交流電網(wǎng)的供電設(shè)備將電動汽車與交流電網(wǎng)連接起來的情況，并且在電動汽車供電設(shè)備上安裝專用保護(hù)裝置，應(yīng)具備剩余電流保護(hù)功能，該模式與模式2的區(qū)別在于充電設(shè)備連接的是專用交流供電設(shè)備，而非家用交流電網(wǎng)。單相供電一般不大于32A，三相供電不大于63A。

模式4：

應(yīng)用于電動汽車連接到直流供電設(shè)備的情況，該模式即專用的直流快充樁，充電電流大的有達(dá)到350A甚至更高，直流電壓也從200V到800V，甚至往1000V方向前進(jìn)，當(dāng)前市場量產(chǎn)的電動汽車大多數(shù)還是500V以下，電流250A以下充電為主，模式4已經(jīng)把充電時間縮短到小時內(nèi)?！?/p>

IEC61851-1電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第一部分通用要求里面也有介紹電動汽車的四種充電模式模式的介紹都是一樣的，這里就不多重復(fù)，其中的區(qū)別主要在于模式1與模式2允許最大電流要更大一些，其中模式1單相電壓250Vac/電流16A最大，三相電480Vac/電流16A最大，模式2單相電壓250Vac/電流32A最大，三相電480Vac/電流32A最大。

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剩余電流傳感器類型

AC型剩余電流傳感器：觸發(fā)條件為正弦剩余電流下，頻率通常為50/60Hz。

A型剩余電流傳感器：同AC型，另脈動直流電流疊加6mA的平滑直流電流。

F型剩余電流傳感器：同A型，另脈動直流電流疊加10mA的平滑直流電流；相線與中性線或相線與地線中點(diǎn)產(chǎn)生是正弦剩余電流，50Hz<頻率<1000Hz。

B型剩余電流傳感器：同F(xiàn)型，另觸發(fā)條件為正弦剩余電流達(dá)到1000Hz、交流剩余電流疊加平滑直流電流，0.4倍額定剩余電流或10mA，兩者取大值；脈動剩余電流疊加平滑直流電流，0.4倍額定剩余電流或10mA，兩者取大值；剩余直流電流來自于整流電路，例如雙極、三極、四極裝置的相與相雙脈沖橋式連接電路，三極、四極裝置的三脈沖星或六脈沖橋式連接電路；平滑直流電流。

對于模式2與模式3都會涉及到正弦交流、脈動直流以及平滑直流剩余電流，也即常提及的漏電流，由于該分量很小，需要專用的傳感器來作為檢測，通過采集微小的交直流分量產(chǎn)生的磁場信號，轉(zhuǎn)換為可以讀取的電壓或電流信號，從而提供給主芯片來作為一個絕緣擊穿與觸電保護(hù)功能。而模式4的直流樁，通常橋式電阻法或諧波注入法來檢測絕緣與漏電情況，當(dāng)然也有使用剩余電流檢測裝置的，取決于研發(fā)設(shè)計。“

剩余電流傳感器產(chǎn)品系列

Littelfuse收購了Western Automation，從而擴(kuò)充了漏電檢測產(chǎn)品線，具體信息如下，另外交流充電盒里面通常還需要添加壓敏作為雷擊浪涌保護(hù)，充電槍上需要微動開關(guān)作為插拔槍位置檢測，以及固態(tài)繼電器作為握手協(xié)議的開關(guān)，Littelfuse有完整的解決方案，感興趣、想更深入了解的可以尋求當(dāng)?shù)丶夹g(shù)支持。

文章來源：Littelfuse

審核編輯 黃宇