技术浅谈：电动汽车应用的剩余电流传感器

时间： 2024-09-06 来源：Littelfuse公众号

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本章通过简述漏电流的危害，四种不同的电动汽车充电模式，从而引出适用于不同模式的剩余电流传感器，以及分享了Western Automation的产品系列作为电流检测方案参考。

电气故障保护是全球化的大趋势，接地故障断路器与剩余电流流检测传感器能有效避免电击事件发生，专门设计的电流传感器可以检测毫安级别的交流与直流接地电流，从而用来判断是否会对人体产生危害。如下示意图简单描述了人体触电时会有电流经过大地，该不均衡电流即漏电流，通过检测该漏电流可以判断触电或绝缘击穿的事件。

电工基础知识里面有关于危害电流的介绍

我们人体内部是有生物电的，我们能动，能思考，能呼吸，都是靠生物电的传递，若有外部大电流流经人体，就会扰乱我们体内的神经传递，大电流的发热还会损坏人体组织等，造成生命危险。

电之所以能危害我们的人身安全，主要是在于电流，而不是电压，若电压非常高，但其能量很小，电流很小，对人来说是不会有危险的，例如打火机的电子点火器、（小功率）特斯拉线圈的高压电弧等。

人体是电的良导体，人体受到电击后，就会有电流通过人体。触电电流是造成人体伤害的主要原因。触电电流的大小不同，触电引起的伤害也会不同。一般认为，触电电流从大到小，按照造成伤害大小可分为感觉电流、摆脱电流、伤害电流和致死电流。

感知电流：是指在一定概率下，电流通过人体时能引起任何感觉的最小电流。当电流达到交流1mA或者直流5mA的时候，人体就会有感觉，接触部位会有轻微的麻痹、刺痛感，可能会引起高坠等二次伤害。概率为50%时平均感知电流约为11mA，最小为0.5mA，女子约为0.7mA；

摆脱电流：指手握带电体的人能自行摆脱带电体的最大电流。人体虽可摆脱带电体但受接触带电体时间长短、年龄体质等原因也可昏迷、死亡。通常把摆脱电流视为危险临界电流，成年男性的平均摆脱电流约为16mA，成年女性的平均摆脱电流约为10.5mA；摆脱概率为99.5%时，成年男性和成年女性的平均摆脱电流约为9A和6mA。

室颤电流：指在短时间内，能引起心室颤动的最小电流。电流使心室肌各部分不协调的震动，造成致命性心律失常引起心室颤动造成血液循环停止致人死亡。通常把引起心室颤动的最小电流作为致命电流界限，当电流持续时间超过心脏搏动周期时，人的室颤电流约为50mA，当电流持续时间短于搏动周期时，人的室颤电流约为数百毫安。通过人体电流的大小取决于外加电压和人体电阻。

致死电流：当通过人体的交流电流达到100mA时，如果通过时间达到1s，就足以使人致命。

GB18478.1电动汽车传导充电系统第一部分通用要求里面有介绍电动汽车的四种充电模式

模式1：

充电系统使用标准插头与插座，能量传输过程中应采用单相交流供电，且不允许超过8A/250Vac，该模式只有线缆与接头，中间没有任何的保护与控制盒，该模式不应使用对电动汽车充电。

模式2：

充电系统使用标准插头与插座，能量传输过程中应采用单相交流供电，从标准插座到电动汽车应提供保护接地导体，且应具备剩余电流保护与过流保护功能，即常见的便携式充电盒，国内一般220Vac,10/16A。

模式3：

应用于连接到交流电网的供电设备将电动汽车与交流电网连接起来的情况，并且在电动汽车供电设备上安装专用保护装置，应具备剩余电流保护功能，该模式与模式2的区别在于充电设备连接的是专用交流供电设备，而非家用交流电网。单相供电一般不大于32A，三相供电不大于63A。

模式4：

应用于电动汽车连接到直流供电设备的情况，该模式即专用的直流快充桩，充电电流大的有达到350A甚至更高，直流电压也从200V到800V，甚至往1000V方向前进，当前市场量产的电动汽车大多数还是500V以下，电流250A以下充电为主，模式4已经把充电时间缩短到小时内。

IEC61851-1电动汽车传导充电系统第一部分通用要求里面也有介绍电动汽车的四种充电模式：

模式的介绍都是一样的，这里就不多重复，其中的区别主要在于模式1与模式2允许最大电流要更大一些，其中模式1单相电压250Vac/电流16A最大，三相电480Vac/电流16A最大，模式2单相电压250Vac/电流32A最大，三相电480Vac/电流32A最大。

剩余电流传感器类型

AC型剩余电流传感器：触发条件为正弦剩余电流下，频率通常为50/60Hz。

A型剩余电流传感器：同AC型，另脉动直流电流叠加6mA的平滑直流电流。

F型剩余电流传感器：同A型，另脉动直流电流叠加10mA的平滑直流电流；相线与中性线或相线与地线中点产生是正弦剩余电流，50Hz<频率<1000Hz。

B型剩余电流传感器：同F型，另触发条件为正弦剩余电流达到1000Hz、交流剩余电流叠加平滑直流电流，0.4倍额定剩余电流或10mA，两者取大值；脉动剩余电流叠加平滑直流电流，0.4倍额定剩余电流或10mA，两者取大值；剩余直流电流来自于整流电路，例如双极、三极、四极装置的相与相双脉冲桥式连接电路，三极、四极装置的三脉冲星或六脉冲桥式连接电路；平滑直流电流。

对于模式2与模式3都会涉及到正弦交流、脉动直流以及平滑直流剩余电流，也即常提及的漏电流，由于该分量很小，需要专用的传感器来作为检测，通过采集微小的交直流分量产生的磁场信号，转换为可以读取的电压或电流信号，从而提供给主芯片来作为一个绝缘击穿与触电保护功能。而模式4的直流桩，通常桥式电阻法或谐波注入法来检测绝缘与漏电情况，当然也有使用剩余电流检测装置的，取决于研发设计。

剩余电流传感器产品系列

LITTELFUSE收购了Western Automation，从而扩充了漏电检测产品线，具体信息如下，另外交流充电盒里面通常还需要添加压敏作为雷击浪涌保护，充电枪上需要微动开关作为插拔枪位置检测，以及固态继电器作为握手协议的开关，Littelfuse有完整的解决方案，感兴趣、想更深入了解的可以寻求当地技术支持。

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