IEC 60947-2用于充電樁漏電流保護標準認證的可行性分析

1．摘要
歐洲地區(qū)對充電樁的標準與認證執(zhí)行要求較高，本文從歐標IEC不同的漏電流標準角度探討，如何滿足這些標準以降低設(shè)計復(fù)雜度和成本。通過對標準中機械耦合、電子耦合、漏電流檢測及控制電路的詳細解讀，本文提出了一種符合標準的可行性方案，我們歡迎各位讀者參與探討并提出寶貴的意見和建議。

2．理論框架-充電樁標準
隨著電動汽車的普及，充電樁的安全和兼容性問題日益受到關(guān)注。歐洲地區(qū)因其嚴格的標準執(zhí)行而在全球范圍內(nèi)具有標桿性參考價值，同時歐洲地區(qū)有大量聲名顯赫的汽車廠商及全球頂級汽車行業(yè)供應(yīng)商，展現(xiàn)了歐洲地區(qū)的汽車工業(yè)實力。當前的新能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型期，歐洲的電動汽車及其配套產(chǎn)業(yè)也進入了快車道。而在標準閱讀、認知、執(zhí)行上，歐標以其高認可度與信任度，在全球范圍內(nèi)被廣泛接受和采用，不僅國內(nèi)產(chǎn)品出海需要嚴格遵照歐標執(zhí)行，國標的部分標準在內(nèi)容上也會借鑒歐標。在充電樁的漏電流檢測方面，歐洲區(qū)域通常采用IEC 62955標準作為電動汽車模式3充電的剩余直流電流檢測裝置的技術(shù)要求和測試方法。

2.1 IEC 62955 Residual Direct Current Detecting Device （RDC-DD）
IEC 62955標準是針對電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)的電氣和控制要求。該標準詳細規(guī)定了充電樁直流漏電保護機構(gòu)的機械設(shè)計、保護措施、絕緣特性、溫升限制、操作特性等多個細節(jié)。其中在機械設(shè)計的層面，IEC 62955中規(guī)定RDC-DD模塊需具備機械耦合分斷功能，如圖1。

圖1：IEC 62955 8.1.2

這意味著RDC-DD模塊需要能夠機械地觸發(fā)與其配合使用的保護電器（如斷路器或RCD）以斷開電路，如圖2。這種機械耦合可以通過連桿、齒輪等機械耦合器件實現(xiàn)，確保在檢測到直流剩余電流超過設(shè)定值時，能夠迅速斷開電路，以保護電動汽車充電系統(tǒng)，但這種機械耦合分斷功能的設(shè)計要求將大幅增加設(shè)計的復(fù)雜度與成本。

圖2：IEC 62955 ANNEX L L.2

而標準中還提出了一種電子耦合的形式，通過電氣信號控制斷路機構(gòu)。在這種情況下，產(chǎn)品需要具備TYPE A RCD模塊，以確保在直流剩余電流超過6mA時能夠迅速斷開電路，保護電動汽車充電系統(tǒng)，然而A型漏保與斷路器、繼電器相比成本仍然較高。但標準描述中允許以CT+斷路器或繼電器的模式進行A型的保護，這也可以是一種A型漏電流保護的解決方案，即RDC-M-module+斷路器、繼電器方案。
RDC-M-module+繼電器的方案可以作為一個簡化設(shè)計與降低成本的選擇，也是理想的解決方案，這一設(shè)計仍然需要配備一個TYPE A RCD模塊，為降低成本，充電樁廠商會在規(guī)格書中提示：根據(jù)當?shù)胤ㄒ?guī)要求，額外在配電側(cè)安裝Type A RCD，如圖3。

圖3：某歐洲本土充電樁廠商規(guī)格書

2.2 IEC 60957-2 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標準
不難通過解讀標準來理解制定者基于機械耦合方式對可靠性的考量，以及他們對可人工斷電復(fù)位的安全性保障的思考。嚴格來說，基本安全防護的TYPE A RCD是不可替代的，并且必須配備DC6mA檢測功能，以防止漏電保護器“致盲”并提供額外的保護。在IEC標準體系中，還存在一個IEC 60947-2:2024標準，該標準涵蓋了低壓開關(guān)設(shè)備和控制電路的要求，特別是附錄M（ANNEX-M）詳細描述了漏電流分斷控制設(shè)備的相關(guān)規(guī)范。盡管該部分詳盡地規(guī)定了漏電流的技術(shù)要求，但對于耦合方式的具體細節(jié)并未作出明確說明，如圖4。

圖4：IEC 60947-2 ANNEX M 連接形式

在IEC 60947-2 2024 ANNEX-M中，M3章節(jié)對連接形式進行了描述但未具體說明耦合方式，這代表電子與機械耦合形式，都是可以接受的，這就代表在設(shè)計過程中可以選用設(shè)計復(fù)雜度較低的電子耦合形式。為保障耦合的安全性，M.8.9章節(jié)中對連接模式的失效性驗證有了具體要求如圖5、6，觀察RCD是否能檢測到電路的連接異常，這項類似自檢功能的驗證能夠評估耦合的功能確保在電動汽車充電過程中，一旦檢測到異常直流剩余電流，能夠迅速且可靠地切斷電源。

圖5：IEC 60947-2 ANNEX M M.18 失效性測試電路

圖6：IEC 60947-2 ANNEX M.8.9 失效性測試

從耦合方式的角度上，設(shè)計復(fù)雜度的問題已經(jīng)解決，接下來考慮的將是漏電流的技術(shù)要求和測試方法，通常在充電樁的漏電流檢測領(lǐng)域，采取的是IEC 61008+IEC 62955的形式，即所謂A+6的測試標準，而這一需求在IEC 60947-2 2024中并未有明確表述，在描述MRCD模塊的ANNEX-M中對漏電流功能上的要求涵蓋了TYPE A/AC/B三類標準，如圖7。對應(yīng)充電樁的標準應(yīng)采用TYPE B型。

圖7：IEC 60947-2 ANNEX M M.3.5 功能分類

對于TYPE B型的測試，ANNEX-M中并未引用別的標準，但在ANNEX-B.4.4.3中對TYPE B的測試有獨立描述，雖未引用，但可以通過比對測試條例，觀察到測試項與IEC 62423:2009中的描述相同，如圖8、9。

圖8：IEC 62423 3.2 Type B測試描述 圖9：IEC 60947-2 ANNEX B B.4.4.3 Type B測試描述

3.概念模型
歐洲地區(qū)對充電樁的標準執(zhí)行嚴格，但通過深入理解IEC 62955和IEC 60947-2標準同時需要兼顧標準匹配，設(shè)計復(fù)雜度，成本控制三個關(guān)注點的方案，如果選用IEC 60947-2的標準來進行Type B型漏電流檢測將規(guī)避認證機構(gòu)的嚴苛要求，并降低設(shè)計成本這種方案的可行性，靜候各位讀者討論。
當然選擇IEC 60947-2標準并不意味著犧牲安全性，而是在確保安全的前提下，提供了更多的設(shè)計靈活性，這種靈活性可以幫助客戶更快地適應(yīng)市場變化，同時滿足不同地區(qū)和應(yīng)用場景的需求。Magtron采用自主研發(fā)的專利iFluxgate技術(shù)打造的高性價比、低零飄、高帶寬漏電流傳感器，可滿足準確的漏電流檢測并植入TYPE B型的功能。由公司自主研發(fā)的SoC芯片也可以為客戶提供專有的技術(shù)解決方案，基于市場實時的最新需求，不斷升級完善，致力于解決工業(yè)、電動汽車、儲能行業(yè)等各項電流、漏電流采集問題，為各行業(yè)電力設(shè)備保駕護航。

4.參考文獻
[1] IEC 62955. Residual direct current detecting device (RDC-DD) to be used for mode 3 charging of electric vehicles International Electrotechnical Commission, Geneva, Switzerland.
[2] IEC 60947-2. Low-voltage switchgear and controlgear –
Part 2: Circuit-breakers International Electrotechnical Commission, Geneva, Switzerland.
[3]IEC 62423. Type F and type B residual current operated circuit-breakers with and without integral overcurrent protection for household and similar uses. International Electrotechnical Commission, Geneva, Switzerland.

企業(yè)：浙江巨磁智能技術(shù)有限公司
作者：郭靜溪

審核編輯 黃宇