一、IC-CPD國家標(biāo)準(zhǔn)研制啟動(dòng)會(huì)召開

2020年12月18日，《電動(dòng)汽車模式2充電的纜上控制與保護(hù)裝置(IC-CPD)》國家標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)會(huì)在上海順利召開，來自國內(nèi)電動(dòng)汽車制造企業(yè)及IC-CPD制造企業(yè)的技術(shù)專家共20余人參加了會(huì)議。此次會(huì)議主要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)制定原則及框架內(nèi)容進(jìn)行了研討，對(duì)國家標(biāo)準(zhǔn)的制定有著積極的促進(jìn)作用。此次會(huì)議的召開，再次將視線引到了如今一個(gè)非?；馃岬脑掝}：電動(dòng)汽車。

二、電動(dòng)汽車市場(chǎng)前景及IC-CPD的市場(chǎng)應(yīng)用

從2015年至今，我國新能源汽車產(chǎn)銷量、保有量連續(xù)5年位居世界首位，新能源汽車正在迎來飛速發(fā)展。根據(jù)中汽協(xié)最新發(fā)布的數(shù)據(jù)，2020年中國新能源汽車銷量已累計(jì)達(dá)到110.0萬輛，占全年國內(nèi)汽車銷量的4.94%，其中第一季度受疫情影響，銷量下降較為嚴(yán)重，隨著國內(nèi)疫情得到控制，銷量逐步恢復(fù);11月國內(nèi)新能源汽車銷量達(dá)到20萬輛，同比增長104.9%。

圖1：2020年中國新能源汽車銷量(萬輛)——數(shù)據(jù)來源：中國汽車協(xié)會(huì)

同時(shí)在今年的11月份，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》(以下簡稱《規(guī)劃》)?！兑?guī)劃》提出，在2025年，新能源汽車銷售量達(dá)到汽車新車銷售總量的20%左右;在2035年純電動(dòng)車成為新銷售車輛的主流。[1]市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IDC(International Data Corporation)近日發(fā)布的一份報(bào)告顯示，受政策推動(dòng)等因素的影響，中國新能源汽車市場(chǎng)將在未來5年迎來強(qiáng)勁增長，2020年至2025年的年均復(fù)合增長率(CAGR)將達(dá)到36.1%。到2025年，新能源汽車銷量將達(dá)到約542萬輛。

圖2：中國新能源汽車歷年銷量及預(yù)測(cè)(萬輛)——數(shù)據(jù)來源：IDC

再看歐洲市場(chǎng)，隨著歐洲對(duì)全球氣候變暖的關(guān)注，歐洲各國政府紛紛出臺(tái)和加大了對(duì)新能源汽車購置和使用方面的補(bǔ)貼，推動(dòng)歐洲新能源汽車飛速發(fā)展。盡管受到今年疫情的影響，但是歐洲新能源汽車銷量卻看似不符合邏輯地同比上揚(yáng)52%，以40.33萬輛直接超過中國沖到世界第一。歐洲在新能源汽車領(lǐng)域目標(biāo)遠(yuǎn)大，預(yù)計(jì)到2030年，新能源汽車銷售占比預(yù)計(jì)將大幅提高到20%。

查閱歐洲各國的禁售燃油車計(jì)劃，可以發(fā)現(xiàn)歐洲正在不斷加速新能源汽車取代。2020年英國首相鮑里斯·約翰遜宣布，2030年開始在全英國范圍內(nèi)禁止銷售新的汽油車與柴油車，將期限再次提前5年;德國聯(lián)邦政府在2016年通過議案將在2030年禁售燃油機(jī)車，同時(shí)計(jì)劃到2030年德國有1000萬輛電動(dòng)汽車上路;荷蘭在2016年通過議案提出在2030年禁售汽油/柴油乘用車;挪威在2016年的國家計(jì)劃中明確在2025年將全面禁售汽油/柴油車;法國、以色列、西班牙等國家紛紛宣布計(jì)劃在2030年至2040年之間逐漸淘汰燃油車。

為配合各國相關(guān)計(jì)劃，各個(gè)車企也紛紛宣布了停售傳統(tǒng)燃油車的時(shí)間：

表1：各大車企燃油車停售時(shí)間表

由此可見，新能源汽車，尤其是純電動(dòng)汽車將是未來汽車發(fā)展的主要趨勢(shì)。

新能源汽車的飛速發(fā)展，隨之帶來就是電動(dòng)汽車充電設(shè)備的需求也急劇增長，作為電動(dòng)汽車隨車配置的IC-CPD(In-Cable Control and Protection Device)即纜上控制與保護(hù)裝置，其需求量也正在飛速上升。隨著電動(dòng)汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，屬于電動(dòng)汽車整車配送附件的IC-CPD產(chǎn)品性能對(duì)于整車及人身安全的防護(hù)有重要作用。

三、國內(nèi)外IC-CPD標(biāo)準(zhǔn)對(duì)漏電保護(hù)要求的解讀

回到開頭提到的IC-CPD國家標(biāo)準(zhǔn)研討會(huì)，此次會(huì)議的召開正面反映了國內(nèi)相關(guān)部門和相關(guān)行業(yè)內(nèi)企業(yè)對(duì)IC-CPD產(chǎn)品防護(hù)性能的要求的提高。仔細(xì)對(duì)比國內(nèi)外對(duì)IC-CPD的標(biāo)準(zhǔn)，可以明顯發(fā)現(xiàn)對(duì)于漏電防護(hù)這一相關(guān)要求，目前國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)暫時(shí)較為落后，不管是歐洲執(zhí)行的IEC62752標(biāo)準(zhǔn)和美國執(zhí)行的UL2231標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的修改都有可借鑒之處。

(1)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于漏電保護(hù)要求

GB/T 18487.1[3]中規(guī)定了在交流充電模式中，應(yīng)具備滿足B型或A型的剩余的保護(hù)功能的裝置，但是由于并未強(qiáng)制規(guī)定要求使用B型剩余電流保護(hù)裝置，同時(shí)在IC-CPD的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NBT 42077-2017[4]中也只是規(guī)定了A型剩余電流保護(hù)裝置的相關(guān)測(cè)試要求，且NBT 42077-2017作為國家的非強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，并不受到國內(nèi)廠家的重視和認(rèn)可。因此，目前國內(nèi)的IC-CPD中對(duì)漏電保護(hù)的要求僅僅是A型剩余電流標(biāo)準(zhǔn)。

圖3：GB/T 18487.1-2015 10.3中對(duì)剩余電流保護(hù)的要求

(2)歐洲標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于漏電保護(hù)要求

對(duì)于歐洲正在執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)IEC 61851.1-2010[5]，有明確規(guī)定要求交流充電設(shè)備中的剩余電流保護(hù)采用B型或者A型+6mA平滑直流的RCD。同時(shí)在IC-CPD相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEC62752-2018[6]中也有明確說明，要求剩余電流保護(hù)裝置應(yīng)檢測(cè)到平滑直流6mA。這是對(duì)國內(nèi)傳統(tǒng)A型保護(hù)裝置的一個(gè)更高的要求。

圖4：IEC 61851.1-2010 6.5中對(duì)剩余電流保護(hù)的要求

圖5：IEC 62752-2018 5.2.8中對(duì)剩余電流保護(hù)的要求

(2)美國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于漏電保護(hù)要求

對(duì)于美國市場(chǎng)，雖然美國政府未強(qiáng)制規(guī)定廠家需要按照標(biāo)準(zhǔn)UL2231-1-2011[7]執(zhí)行，但是在該標(biāo)準(zhǔn)中同樣提到了對(duì)直流剩余電流的保護(hù)要求?？梢园l(fā)現(xiàn)在UL2231中，有這樣的描述：CCID分為CCID5以及CCID20兩種保護(hù)類型，根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行挑選。而CCID5接近于一般使用的IC-CPD，其保護(hù)閾值為5±1mA AC/30mA DC。

圖6：UL 2231-2-2011 21.2中對(duì)剩余電流保護(hù)的要求

為什么在歐標(biāo)和美標(biāo)中都有明確的要求需要剩余電流保護(hù)裝置檢測(cè)直流漏電呢?首先我們先來了解對(duì)剩余電流類型的定義。

圖7：剩余電流類型的分類

其中：

AC型：指的是純交流的剩余電流波形檢測(cè)，常見為工頻交流漏電，波形較為單一，在歐洲等國家已被完全禁止使用，國內(nèi)的絕大部分場(chǎng)景下也同樣被禁止使用;

A型：在AC型的基礎(chǔ)上增加了對(duì)脈動(dòng)交流、脈動(dòng)直流波形的檢測(cè)，目前被廣泛的使用在國內(nèi)外常見的工業(yè)環(huán)境中;

B型：在A型的基礎(chǔ)上增加了對(duì)平滑直流、斷續(xù)直流、高頻1k Hz以及各類復(fù)合波形的檢測(cè)，是對(duì)漏電保護(hù)的更高要求，目前在國外部分家用環(huán)境或醫(yī)療環(huán)境等有直流用電設(shè)備的環(huán)境中被使用，在汽車充電領(lǐng)域中也正在逐漸普及;

另有F型和B+型剩余電流類型在此文不再贅述。

回到直流漏電檢測(cè)的問題上來，對(duì)于傳統(tǒng)的AC型或A型漏電保護(hù)裝置，核心部件大多是零序互感器，其測(cè)量電流的原理多為互感原理，由變化的電場(chǎng)變化的磁場(chǎng)，再由變化的磁場(chǎng)感應(yīng)出變化的電流，再經(jīng)過后端處理計(jì)算得出電流值。但是，當(dāng)用電環(huán)境中疊加了平滑直流漏電，情況就會(huì)發(fā)生變化。

圖8：直流故障電流對(duì)A型檢測(cè)故障電流的影響

通過圖8我們可以對(duì)傳統(tǒng)的A型漏電保護(hù)裝置的傳感器進(jìn)行分析，一般來說對(duì)于電流檢測(cè)所用的磁環(huán)，其B-H曲線如圖所示為一條經(jīng)過原點(diǎn)的S型曲線，存在線性區(qū)和非線性區(qū)。當(dāng)傳感器正常檢測(cè)故障交流電時(shí)，其對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度曲線a會(huì)在曲線的線性區(qū)，感應(yīng)出的磁場(chǎng)強(qiáng)度曲線為b。當(dāng)工頻交流電中疊加了直流剩余電流時(shí)，疊加的直流同時(shí)產(chǎn)生固定的電場(chǎng)強(qiáng)度，使曲線a偏移至曲線c，若直流電流的電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大使得感應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度來到了非線性區(qū)，則感應(yīng)出的磁場(chǎng)強(qiáng)度曲線為d。通過圖8發(fā)現(xiàn)d曲線的磁場(chǎng)強(qiáng)度明顯小于b曲線，則對(duì)于漏電保護(hù)裝置來說對(duì)應(yīng)檢測(cè)到的故障電流也會(huì)明顯小于實(shí)際值。如此會(huì)導(dǎo)致當(dāng)實(shí)際剩余電流達(dá)到了額定值時(shí)，漏電保護(hù)裝置并不會(huì)動(dòng)作，從而危及人身，造成線路或設(shè)備的損壞，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)等可怕后果。

因此，隨著日常生活中直流供電設(shè)備的愈發(fā)普遍，直流漏電檢測(cè)至關(guān)重要。

三、開關(guān)量產(chǎn)品的市場(chǎng)需求

開關(guān)量和模擬量是工控PLC中經(jīng)常使用到的數(shù)據(jù)模式，輸入輸出大多數(shù)通過開關(guān)量和模擬量來傳輸。其中：

開關(guān)量是指非連續(xù)性信號(hào)的采集和輸出，包括遙控采集和遙控輸出。它有1和0兩種狀態(tài)，這是數(shù)字電路中的開關(guān)性質(zhì)，一般開關(guān)量裝置通過內(nèi)部繼電器實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的輸出。在IC-CPD的應(yīng)用中，傳感器可以通過給出開關(guān)量，直接控制或通過IC-CPD板載的MCU控制繼電器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)漏電分?jǐn)嗟墓δ堋?/p>

模擬量是指變量在一定范圍連續(xù)變化的量，也就是在一定范圍內(nèi)可以取任意值(在值域內(nèi))。在剩余電流檢測(cè)中，其最大的優(yōu)勢(shì)是可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作時(shí)的剩余電流情況，對(duì)數(shù)據(jù)分析、漏電預(yù)警等方面可以提供很大的數(shù)據(jù)支撐。

如今隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展，IC-CPD的需求也向著小型化、低成本方向發(fā)展，而且漏電流檢測(cè)模塊作為IC-CPD主要元器件之一，也需要順應(yīng)時(shí)代的潮流。開關(guān)量傳感器集成了電流采集和處理的雙重功能，極大了減少了在IC-CPD的PCB板上的電子元器件數(shù)量和布板空間;同時(shí)開關(guān)量的輸出模式對(duì)于IC-CPD的工程師來說更方便進(jìn)行信號(hào)處理，簡化了IC-CPD軟件的制作。因此，開關(guān)量產(chǎn)品越來越受到廣大IC-CPD廠商的喜愛。

六、MAGTRON公司推出的滿足最新IC-CPD漏電檢測(cè)要求(ICE62752)的開關(guān)量產(chǎn)品

以MAGTRON公司的產(chǎn)品RCMU101-K系列漏電流傳感器為例，

圖9：RCMU101-K系列產(chǎn)品

該系列產(chǎn)品為B型剩余電流傳感器，采用開關(guān)量輸出，為IC-CPD客戶提供使用方便、性能優(yōu)良的漏電流檢測(cè)解決方案。方案采用高精度自適應(yīng)磁通門傳感技術(shù)，在原理上可實(shí)現(xiàn)對(duì)交直流剩余電流準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)有效檢測(cè)，并通過內(nèi)置處理單元(MCU)，輸出脫扣信號(hào)，能夠完全滿足IEC62752的漏電保護(hù)要求，同時(shí)產(chǎn)品系列可以完全覆蓋3.3kw、7kw單相IC-CPD和22kw三相IC-CPD的應(yīng)用場(chǎng)景。

圖10：客戶端應(yīng)用實(shí)例

七、參考文獻(xiàn)

[1]國務(wù)院辦公室.《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》.國辦發(fā)〔2020〕39號(hào)

[2]IDC.《“綠色”未來——中國新能源汽車市場(chǎng)將迎來強(qiáng)勁增長》

[3] GB/T 18487.1-2015電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第1部分：通用要求

[4] NBT 42077-2017電動(dòng)汽車充電模式2充電的纜上控制與保護(hù)裝置(IC-CPD)

[5] IEC 61851.1-2010 Electric vehicleconductive charging system - Part 1: General

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