[摘要] 電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電過(guò)程中，充電回路中的PE線會(huì)存在部分接觸電流。由于充電回路中的PE線通過(guò)保護(hù)導(dǎo)體連接至車輛電平臺(tái)，當(dāng)人體接觸到車輛電平臺(tái)時(shí)，人體會(huì)串聯(lián)或并聯(lián)到充電回路的PE線中，接觸電流會(huì)流經(jīng)人體，如果接觸電流過(guò)大超過(guò)人體可接受的安全限值，會(huì)導(dǎo)致發(fā)生充電安全事故。本文測(cè)試不同型號(hào)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(duì)比分析不同情況下接觸電流值，為車輛在設(shè)計(jì)充電安全接觸電流限值過(guò)程提供參考依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]電動(dòng)汽車；充電安全；接觸電流

中圖分類號(hào)：U469.72 " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：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(xiàng)目：十四五國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃儲(chǔ)能與智能電網(wǎng)技術(shù)重點(diǎn)專項(xiàng)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(wèn)題日益突出，電動(dòng)汽車作為一種清潔、高效、環(huán)保的交通工具，越來(lái)越受到人們的關(guān)注和重視。電動(dòng)車的發(fā)展是世界各國(guó)汽車發(fā)展的必然趨勢(shì)，而充電技術(shù)的研究是電動(dòng)車發(fā)展的重要因素，因此對(duì)電動(dòng)車充電系統(tǒng)這一主要環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，是以后電動(dòng)車設(shè)計(jì)的重要組成部分，電動(dòng)汽車迅速崛起，充電安全也成了廣大車主關(guān)心的問(wèn)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(shí)際充電過(guò)程中，充電樁內(nèi)會(huì)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(huì)流經(jīng)PE線，當(dāng)人體或動(dòng)物接觸到PE線或與PE線相連的車內(nèi)零部件時(shí)，流過(guò)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(shí)，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(guó)內(nèi)外有許多團(tuán)隊(duì)針對(duì)電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電接觸電流測(cè)試進(jìn)行了研究。2018年中國(guó)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(duì)接觸電流測(cè)試的影響[2]。2020年中國(guó)合格評(píng)定認(rèn)可中心的任春香介紹了交流充電樁接觸電流測(cè)試的試驗(yàn)方法[3]。2021年四川省電子產(chǎn)品監(jiān)督檢驗(yàn)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(cè)試差異[4]。

目前關(guān)于接觸電流的研究工作僅是針對(duì)充電設(shè)施接觸電流的研究，對(duì)于電動(dòng)汽車在充電過(guò)程中的接觸電流鮮有人研究。本文通過(guò)分別選取3臺(tái)和7臺(tái)不同品牌和型號(hào)的交、直流充電樁，測(cè)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(cè)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(hào)的交、直流充電樁的接觸電流存在一定差距。本文的測(cè)試結(jié)果可為車輛在設(shè)計(jì)充電安全接觸電流限值過(guò)程提供參考依據(jù)。

2 "電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電接觸電流測(cè)試方法

2.1 "接觸電流測(cè)試原理圖

電動(dòng)汽車充電回路中，PE線與車輛電平臺(tái)相連，由于車輛電平臺(tái)與車身相連，人體非常容易接觸到車輛電平臺(tái)。正常充電狀態(tài)下，當(dāng)人體接觸到與車輛電平臺(tái)相連的任意一點(diǎn)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(huì)有一部分經(jīng)過(guò)人體。

圖1 "正常充電狀態(tài)人體接觸車輛電平臺(tái)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(lái)流經(jīng)PE線的泄露電流全部經(jīng)過(guò)人體。

圖2 "PE線中斷后人體接觸車輛電平臺(tái)原理圖

如果電動(dòng)汽車同時(shí)具備交流充電和直流充電兩種充電方式，那么測(cè)量接觸電流需要測(cè)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(shí)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(shí)的接觸電流值。

2.2 "接觸電流測(cè)試方法

接觸電流共有兩種測(cè)量方式：一種是測(cè)量流過(guò)保護(hù)搭鐵導(dǎo)體的電流，另一種是用簡(jiǎn)單模擬人體阻抗的網(wǎng)絡(luò)（電容+電阻）來(lái)測(cè)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(cè)試，GB/T12113—2003《接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流的測(cè)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(cè)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(jì)算接觸電流：

I_rms=V_2rms/500Ω " " " " "（1）

圖3 "人體阻抗網(wǎng)絡(luò)

電動(dòng)汽車接觸電流交流連接測(cè)試時(shí)，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(cè)量。直流連接測(cè)試時(shí)，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(cè)量。進(jìn)行測(cè)試的電纜組件和非車載充電機(jī)應(yīng)符合GB/T 18487.1—2015。測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的B端口應(yīng)與充電回路中的PE端子連接，測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的A端口應(yīng)與車身電平臺(tái)連接。車輛供電回路應(yīng)以最大額定功率運(yùn)行。應(yīng)開啟車輛供電回路上連接的所有交流負(fù)載。測(cè)試時(shí)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(cè)試示意圖如圖4所示。直流充電接觸電流測(cè)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(cè)試示意圖

1.連接車輛或受試設(shè)備2.車輛電平臺(tái)或受試設(shè)備外殼3.測(cè)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(cè)試示意圖

2.4 "接觸電流測(cè)試系統(tǒng)搭建

電動(dòng)汽車接觸電流測(cè)試系統(tǒng)主要包括交直流充電設(shè)施、泄露電流測(cè)試儀、交直流轉(zhuǎn)接盒、交直流雙頭充電槍和斷路器。測(cè)試過(guò)程中首先進(jìn)行正常充電狀態(tài)下的接觸電流測(cè)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(cè)試試驗(yàn)圖

3 "電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電接觸電流測(cè)試結(jié)果分析

正常充電狀態(tài)下直流充電接觸電流測(cè)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(hào)樁和4號(hào)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(hào)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(cè)試結(jié)果

PE線中斷情況下直流充電接觸電流測(cè)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(hào)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(hào)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(cè)試結(jié)果

正常充電狀態(tài)下交流充電接觸電流測(cè)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(hào)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(cè)試結(jié)果

PE線中斷情況下交流充電接觸電流測(cè)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(hào)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(hào)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(cè)試結(jié)果

4 "結(jié)論

通過(guò)采用不同型號(hào)的交直流充電樁對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行接觸電流測(cè)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(guò)程中，充電設(shè)施與電動(dòng)汽車處于同一充電回路中，充電設(shè)施自身內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生接觸電流，導(dǎo)致電動(dòng)汽車與不同型號(hào)充電樁進(jìn)行充電會(huì)產(chǎn)生不同的接觸電流結(jié)果。為保證測(cè)試的結(jié)果為正確接觸電流值，后續(xù)測(cè)試將在電動(dòng)汽車和充電設(shè)備之間增加一個(gè)霍爾傳感器用來(lái)測(cè)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.

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任春香. 充電樁能力驗(yàn)證對(duì)新能源領(lǐng)域檢驗(yàn)檢測(cè)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(cè)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(cè)量方法（IEC 60990：1999，IDT）[S].

（編輯 "楊 "景）