電動(dòng)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(dòng)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(jì)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(huì)對人體產(chǎn)生危害。如下示意圖簡單描述了人體觸電時(shí)會(huì)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。

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(dòng)，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(huì)擾亂我們體內(nèi)的神經(jīng)傳遞，大電流的發(fā)熱還會(huì)損壞人體組織等，造成生命危險(xiǎn)。
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(huì)有危險(xiǎn)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(huì)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(huì)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(shí)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(shí)候，人體就會(huì)有感覺，接觸部位會(huì)有輕微的麻痹、刺痛感，可能會(huì)引起高墜等二次傷害。概率為50%時(shí)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(shí)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(xiǎn)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(shí)，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(shí)間內(nèi)，能引起心室顫動(dòng)的最小電流。電流使心室肌各部分不協(xié)調(diào)的震動(dòng)，造成致命性心律失常引起心室顫動(dòng)造成血液循環(huán)停止致人死亡。通常把引起心室顫動(dòng)的最小電流作為致命電流界限，當(dāng)電流持續(xù)時(shí)間超過心臟搏動(dòng)周期時(shí)，人的室顫電流約為50mA，當(dāng)電流持續(xù)時(shí)間短于搏動(dòng)周期時(shí)，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(shí)，如果通過時(shí)間達(dá)到1s，就足以使人致命。

GB18478.1電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)汽車與交流電網(wǎng)連接起來的情況，并且在電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)間縮短到小時(shí)內(nèi)。
IEC61851-1電動(dòng)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(dòng)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。

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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(huì)涉及到正弦交流、脈動(dòng)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(gè)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(jì)。
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(dòng)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。