电动汽车交流充电应用中剩余电流监测的挑战

电动汽车（EV）的基础设施正在不断发展，交流电墙盒市场也在迅速增长。

与此同时，由于双向充电和 “车到万物”（V2X）应用的兴起，新的挑战正在出现，特别是在电动汽车领域。这些趋势意味着剩余电流监控 (RCM) 正在交流充电应用中占据中心位置。

本文深入探讨了当前市场、新兴趋势以及墙盒和电动汽车中剩余电流监测的重要性，以确保符合法规和安全标准，同时缩短上市时间，提高竞争力。

在全球电动汽车日益普及的推动下，交流电墙盒和电缆市场实现了大幅增长。这些市场已迅速成熟，其特点是规格明确、标准严格，可确保电动汽车交流充电的安全性和效率。

然而，电动汽车本身也面临着新的挑战。

首先，无变压器车载充电器（OBC）是交流充电的下一个大趋势，因为汽车制造商需要减少重量和体积，提高电动汽车中每个系统的效率，同时在大批量生产时还要控制成本。这些性能要求以及高电压和高电流带来的安全挑战意味着 RCM 成为系统中越来越重要的一部分。

第二个挑战是由于引入了 “车联网”（V2X）技术而带来的新的复杂性。V2X 技术使电动汽车电池中储存的能量能够为其他车辆、家庭、电器甚至电网供电，而不仅仅是为汽车供电。这种模式的转变对电动汽车充电基础设施以及车载充电电路/系统的设计和运行具有重大影响。双向 OBC 系统对于实现 V2X 功能至关重要，这些系统需要先进的安全解决方案来保护电动汽车终端用户免受电击。双向 OBC 需要异常可靠和精确的 RCM 解决方案，既能处理交流和直流电流，又符合 ISO5474 等最新法规。

电动汽车充电的首要问题是确保用户的安全，防止触电。传统的交流充电基础设施具有健全的标准和明确的规范。然而，在电动汽车中，向无变压器和双向 OBC 系统的过渡带来了复杂性，对剩余电流检测的标准提出了更高的要求。具体来说，RCM 传感器需要不受环境磁场和电场的影响，有效管理过载，并避免干扰充电过程的误跳闸。

RCM 传感器通过检测泄漏电流并触发保护机制，在保护用户免受电击方面发挥着至关重要的作用。在电动汽车充电应用中，对传感器的要求尤为严格。它们需要同时检测交流和直流泄漏电流，而且必须具有很强的鲁棒性，以避免出现错误警报，从而中断充电过程。

图 1：OBC 市场向双向发展

双向 OBC 系统（图 1）的出现又增加了一层复杂性。这些系统必须符合新的 ISO5474 标准，该标准规定了电动汽车交流电源传输的功能安全要求。双向 OBC 系统中使用的 RCM 传感器必须符合该标准，该标准要求高精度地检测交流和直流泄漏电流，以确保 V2X 操作期间的安全。

IEC 62752、UL2231、IEC62955 和新的 ISO5474 要求检测交流和平稳直流泄漏。如图 2 所示，您不能使用任何 RCM 解决方案，因为 AC、A 和 F 型泄漏电流检测元件无法确保适当的安全等级，只有 B 型元件可以测量和检测交流和平稳直流。

图 2：B 型 RCM 可检测交流电和平稳的直流电

磁通门技术在检测交流和直流泄漏电流方面性能卓越，是电动汽车充电应用中剩余电流监测的首选。LEM 的 CDSR 和 CDT 系列 RCM 传感器得益于公司独特的磁通门技术，具有出色的精度和带宽。

确保 RCM 传感器正常工作也很重要，因此 CDSR 和 CDT 系列提供内置自检和诊断功能（温度、过流检测、过压/欠压保护等）。LEM 对质量和创新的执着追求，以及对符合国际标准的承诺，树立了行业标杆，使其解决方案在电动汽车充电和其他应用领域吸引了众多汽车工程师。

用于交流墙盒设计的理想电流传感器必须符合国际跳闸标准（IEC 62752/62955/UL 2231），适用于各种输出功率等级，并支持单相和三相结构，以便在 3.3 千瓦至 22 千瓦交流充电系统中重复使用设计。

LEM 开发的磁通门技术是当今最精确的非接触式测量技术，它使 CDSR 传感器在监测交流和直流电时都能提供极高的精确度，并能检测低至 5 mA 的漏电。传感器有单相和三相两种型号，适用于各种充电系统。其紧凑的设计、易于集成的特性以及垂直形状简化了系统工程师的设计流程，使其成为希望提高交流墙盒解决方案安全性和性能的原始设备制造商和一级供应商的理想选择。

最近推出的 CDT 传感器同样基于 LEM 的磁通门专利技术，以其前所未有的 ±0.5 mA @ 5 mA 精度和同类最佳的汽车级别，成为检测充电电缆泄漏的解决方案。CDT 具有动态故障跳闸和高级诊断功能，同时符合所有相关标准，简化了系统工程师的设计流程。

CDT 传感器有单相和三相两种型号，适用于各种充电电缆配置。其先进的诊断功能和动态故障跳闸能力为系统工程师优化充电解决方案的性能和安全性提供了宝贵的工具。
 

双向 OBC 系统允许将电动汽车电池用作各种应用（V2X）的电源，这种转变凸显了对符合 ISO 26262 ASIL B 标准和新 ISO5474 规范的汽车级 B 型 RCM 传感器的需求。LEM 的 CDT-SF 传感器符合所有这些要求，并提供双独立测量通道、自诊断功能、上述突破性的精度水平以及通过 SPI 进行的详细错误报告。其双独立测量通道可提供冗余并提高可靠性，而其自诊断功能和详细的错误报告可确保最佳性能和安全性。该传感器还可完全外接测试绕组，用于安全测试等。

动态跳闸功能允许系统工程师根据特定地区和规范要求设置跳闸阈值。这种灵活性确保传感器可用于各种市场和应用，还可在从车辆对负载（V2L）充电转换到车辆对电网（V2G）充电时用于调整系统和提高效率。

图 3：电动汽车交流应用的 LEM 解决方案

在快速发展的电动汽车交流充电领域，LEM 凭借其创新的 RCM 解决方案继续保持领先地位（图 3）。通过应对双向和 V2X 应用的细微挑战并确保符合最新规范，LEM 为系统工程师提供了可靠、高质量的传感器，从而简化了设计流程并提高了安全性。随着市场的不断进步，LEM 始终是电气测量技术领域举足轻重的参与者，推动着电气测量技术的进步，并树立了电气测量技术的标杆。

随着电动汽车的日益普及和交流充电应用的日益复杂，对先进的剩余电流监测解决方案的需求空前高涨。LEM 的 CDSR 和 CDT 传感器为系统工程师提供了确保充电解决方案安全和性能所需的工具，而 CDT-SF 传感器则可应对双向 OBC 系统和 V2X 应用的独特挑战。随着行业的不断发展，LEM 对创新和卓越的承诺将确保其始终处于电气测量技术的前沿，为未来的电动汽车充电提供可靠、准确的解决方案。