电动汽车和电动车充电装置剩余电流保护电器优化方案

为了应对地球能源的日益短缺，各国正在采取各种节能减排的技术措施，确保世界经济可持续发展。不消耗石油资源并可在用电低谷时储存电能的电动汽车正越来越受到人们的青睐，随着电动车和电池制造工艺和技术的不断改进，未来5～10年内电动汽车将会逐渐普及，成为人们日常出行的工具之一。电动汽车是一种I类电气设备，由于其轮胎对地是绝缘的，因而在充电时只能通过电源的接地保护导线与地连接，由此所带来的电击保护问题引起了人们的重视，促进了电动汽车充电装置专用的剩余电流保护电器的诞生。

图12-57 NZM2B型剩余电流断路器

12.8.2.1 用于Ⅰ类和电池供电车辆的可开闭保护接地移动式剩余电流保护电器

这种移动式剩余电流保护电器是专门用于具有Ⅰ类绝缘和电池充电装置的电动车辆的电击保护，其具有一个可开闭保护接地，简称为SPE-PRCD。电动汽车及其车载充电装置一般是通过连接电源端的PE导线进行接地保护的，在这种情况下，一旦发生PE带电危险和/或电源故障（如电源PE线断线或N线断线）等情况，带电危险状况会通过PE线直接传送到电动汽车及车载设备上，如不能及时排除该故障，会产生电击或设备损坏事故。SPE-PRCD能在这种状况下对电动汽车及充电装置进行保护。SPE-PRCD适用的I类设备，包括带金属外壳的手持式电动工具、内置电池充电装置的房车和电动车辆、某些重型建筑机械等，这些设备因为绝缘轮胎等原因不能就地可靠接地。

SPE-PRCD由一个插头、一个剩余电流保护电器（RCD）和一个移动式插座组成，适用于单相和两相电路，额定电流/额定电压不超过交流16A/250V或32A/130V，额定剩余动作电流不超过30mA。除了具有剩余电流保护外，SPE-PRCD具有可开闭PE保护电线的触头，在电源故障，例如：保护接地断开、中性线断开、相线断开、L导线和N导线反接或任何电源导线接错等情况而产生危险状态时，能立即断开包括PE线在内所有的电源回路，保证用电设备的安全。

根据GB/T 18487.1《电动车辆传导充电系统 一般要求》的规定，按照充电装置与电源的连接方式，电动汽车有四种充电模式，SPE-PRCD适用于充电模式1，即将电动车辆连接到交流电网时使用已标准化的插座，用单相或三相交流电，并使用相线、中线和接地保护导体。充电模式1除了要求电源一侧有剩余电流保护电器（RCD）以外，没有其它附加功能，功能较为简单，使用方便。充电模式1适用于交流充电的场合，例如，家用的电动汽车充电箱，采用交流电源供电，并通过车载充电装置对电池充电。SPE-PRCD除了可提供剩余电流保护外，还可对各种电源导线接错或断线引起的危险带电状况进行保护，确保电动车和车载充电设备的安全。图12-58为德国Kupp公司生产的SPE-PRCD，额定电压为230V，额定电流为16A，额定剩余动作电流为30mA，带一插头和插座，分别用于与电源端连接和充电汽车连接。

IEC已制订了SPE-PRCD的国际标准，即IEC 62335：2008《用于Ⅰ类和电池供电车辆的可开闭保护接地的移动式剩余电流保护电器（SPE-PRCD）》，相应的国家标准GB 29303—2012《用于Ⅰ类和电池供电车辆的可开闭保护接地的移动式剩余电流保护电器（SPE-PRCD）》也已发布，可以预见在未来的几年中SPE-PRCD会取得较快的发展。

图12-58 Kupp公司生产的SPE-PRCD

12.8.2.2 用于电动汽车充电模式2的剩余电流保护电器

充电模式2是将电动车辆连接到交流电网时使用已标准化的插座，用单相或三相交流电，并使用相线、中线和接地保护导体，在电动车辆和插头或控制盒之间有控制导引器。充电模式2相比充电模式1，增加了一个控制导引器。控制导引器具有以下功能：确认车辆已正确连接，对保护接地导线的有效性进行连续检查，包括系统的通电、系统的断电、充电定额的选择；可选择的功能包括决定是否向充电部位通风、供电设备的负载电流的实时检测和调整、耦合器的保持/断开。因此，具有控制导引器的充电模式2比充电模式1更安全和可靠，会越来越多地应用在家庭的充电电源装置中。(www.xing528.com)

现有的剩余电流保护电器（例如，SPE-PRCD）只能提供剩余电流保护，不能提供控制导引功能，因而不能满足充电模式2的要求。因此，IEC 23E/WG2正在制订一个新的国际标准，用于电动车充电模式2的电缆控制与保护装置，简称IC-CPD。IC-CPD适用于额定电压不超过250V、额定电流不超过32A的单相电路和两相电路。IC-CPD的额定剩余动作电流不超过30mA。IC-CPD除了具有SPE-PRCD的所有功能，例如具有可开闭PE线的触头，在出现电源故障、保护接地导线带电等危险状况时，能立即断开包括PE线在内所有的电源回路，还具有GB/T 18487.1规定的控制导引功能，例如能判断车辆是否正常连接；能对保护接地有效性进行连续检查；在控制导引电路工作正常时才允许对系统通电，如果控制导引电路断开了，则系统必须立即断开供电电源；充电定额的选择，能提供自动或手动的方式，保证充电定额不会超过交流电源的额定功能。控制导引还可具有一些可选的功能，例如充电时通风、供电设备负载电流的实时检测和调整、提供机械装置来保持和断开耦合器等。

此外，IC-CPD还要满足一些特殊的性能和环境要求：

1）IC-CPD应提供一个手动或自动驱动的自检方式来检验其动作能力，在自检的功能链中不包括触头机构的功能，手动自检应由用户来启用。如果自检结果正常，才能驱动触头闭合。如果检测到故障，包括非预期的触头闭合，不应该导致对电动车辆充电；

2）IC-CPD在下列特殊环境条件下应能可靠工作：太阳辐射、紫外线辐射、沿海环境、车辆辗压。

因此IC-CPD要能经受太阳辐射、紫外线辐射、潮湿和盐雾、汽车辗压等试验。

内置控制导引盒的IC-CPD的示例如图12-59所示，在线保护装置中包括了RC功能（剩余电流保护功能）、控制导引功能和开关功能，电源插头用于与交流电源连接，车辆连接器用于与电动车辆连接。

图12-59 内置控制导引盒的IC-CPD示例

图12-60是包括电缆、插头和车辆连接器的IC-CPD外形。

随着电动汽车的逐渐普及和国际标准的制定和发布，具有较高工作可靠性的用于充电模式2的IC-CPD将会有较大的发展，并具有广阔的市场前景。