淺析UL標準充電樁漏電流保護及測試規范要求
發布時間：2023-5-29 17:42
發布者：eechina
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單位：浙江巨磁智能技術有限公司 作者：洪行凱 目前，全球電動汽車行業正處在快速增長中。EV Sales公布的數據顯示，得益于美國、歐洲、尤其是中國市場的優異表現，全球電動汽車銷量快速增長。2020年，全球電動汽車銷量創下歷史新高，交付量超過324萬輛，同比漲幅達到43%，延續2019年同比高速增長，進而全球電動汽車銷量在全球汽車銷量當中的占比達到4.2%。 據IEA報告顯示2021年全球電動汽車銷量達到660萬輛。根據IEA 的一份新報告，今年第一季度，全球電動汽車銷量環比增長了75%，達到200萬輛。歸功于電動汽車和清潔能源，2022年二氧化碳排放量將大幅減少，在 2021 年翻一番之后，2022年電動汽車銷量有望占到全球輕型汽車總銷量的13%。 
資料來源：EVSales IEA前瞻產業研究院 圖 1 2012-2021年全球電動汽車銷量走勢圖 電動汽車市場的快速增長也帶動了公共充電樁市場規模的擴張。從美國市場來看，盡管公共充電設施隨著電動汽車的銷量和保有量的快速提升而快速增長，但公共充電樁的增長速度遠不及電動汽車規模的提升。IEA數據顯示，美國電動汽車與公共充電樁數量的比例由2015年的12.9：1左右增長至2021年的18.2：1。
數據來源：IEA 前瞻產業研究院 圖 2 2015-2021年美國電動汽車與公共充電樁比例變化情況 針對充電樁的建設需求，美國政府也出臺了各項政策進行支持。2022年2月，拜登政府公布了一項計劃將在五年內撥款近50億美元建造數千座電動汽車充電站，在政府部門的文件中還指出，美國各州應該優先在洲際公路投資，洲際公路每間隔50英里就應該設有充電設施，同時充電樁離公路距離不應超過1英里，各州應該努力建設直流充電樁，而且每個充電站至少要布置4個充電樁，可以同時滿足四輛電動汽車的充電需求，充電基礎設施成本的80%由聯邦政府承擔。 美國在電動汽車充電基礎設施建設方面通常采用財政支持政策以及相關輔助監管措施。財政支持政策方面，美國計劃在2017至2027年間用于充電設施的建設總投入約為20億美元。在監管政策方面，美國政府強制規定，凡是擁有超過10個停車位的新建或改建的建筑，如果是非住宅建筑則必須至少建有一個充電樁，且每5個停車位必須有一個停車位預留電線管道，而如果是住宅建筑則每個停車位都必須預留電線管道。此外，為落實充電基礎設施建設，美國各州積極出臺相關政策來支持電動汽車充電基礎設施的建設，如康涅狄格州出臺的HB5510法案以及馬薩諸塞州聯合交通委員會通過的法案等。 相關企業也對充電基礎設施建設進行了投入。全球租車巨頭赫茲于2022年9月27日宣布與英國石油公司電動汽車充電業務BPPuls簽署諒解備忘錄，將在美國建立一個充電樁網絡，在全美各地的赫茲站點安裝數千個充電樁。兩家公司預計，到今年年底將有大約3000個充電樁在美國各地的赫茲站點運行。赫茲在美國38個州的約500個站點有數千輛電動汽車可供出租。在市場需求和政策支持的雙重刺激下，可以預見美國的電動汽車充電樁市場將出現巨大的增長空間。這對國內的相關廠商而言無疑是巨大的機會。但美標的相關要求則成為了各廠商必須面對的壁壘。尤其是其中作為充電設備安全保障的漏電流保護裝置，必須符合《UL2231 Personnel Protection Systems for Electric Vehicle (EV) Supply Circuits: General Requirement、Particular Requirements for Protection Devices for Use in Charging Systems》、《UL2594 Electric Vehicle Supply Equipment》等要求。 在之前文章中介紹過《UL2231》標準將漏電流保護類型分為CCID5以及CCID20。今天我們就簡單分析一下《UL2231-2》中對于CCID20漏電流測試的各項要求。 一、CCID20生產線測試 《UL2231-2》 C4中提出在生產管理過程中，如下圖所示漏電流測試要求漏電流值為15~20mA，動作觸發時間要求為1s。
圖 3 《UL2231-2》C4、Table C1 而在C4.2.1中分別要求了CCID20不同的額定電壓下，需要測試的漏電流值及所對應的動作觸發時間限值。
圖 4 《UL2231-2》C4.2.1 如下圖所示在《UL2231-2》原文中的Table C3 中列出了在各個額定電壓的情況下，需要將測試電壓分別調到額定電壓的85%、100%和110%，再對應模擬204mA、240mA和264mA，之后分別測試動作觸發時間是否符合Table C3中的要求。
圖 5 《UL2231-2》 Table C3 二、系統測試運行要求 1. 高電阻接地故障測試 《UL2231-2》23.4 Figure 10和Table 7列出了在測試漏電流時需要滿足的四種測試條件： （1）S1、S2、S3閉合，只斷開S4，充電樁上電瞬間施加漏電的情況測試； （2）S2、S3、S4閉合，只斷開S1，輸入端上電瞬間施加漏電的情況測試； （3）S1、S3、S4閉合，只斷開S2，輸出端上電瞬間施加漏電的情況測試； （4）S1、S2、S4閉合，只斷開S3，正常工作狀態下突然施加漏電的情況測試；
圖 6 《UL2231-2》23.4 Figure 10、Table 7 2.環境試驗順序 而在這四種模擬電路測試情況下，如下表所示都需要分別在列出的測試情況下進行測試。 表1 環境試驗順序
注意事項： 1）如果整機設備不打算在40℃的溫度下運行，則只需要測試圖7中步驟5和6，不需要測試步驟3和4； 2）如果整機設備打算在大于66℃的溫度下運行，那在做圖7中步驟3和4時需要調整溫度到預期的運行溫度。而不是66℃； 3）如果整機設備不打算在-5℃的溫度下運行，則只需要測試圖7中步驟10和11，不需要測試步驟8和9； 4）如果整機設備打算在低于-35℃的溫度下運行，那在做圖7中步驟8和9時需要調整溫度到預期的運行溫度。而不是-35℃； 3. 接地故障跳閘閾值 根據《UL2231-2》 23.2.3，當CCID20型充電設備的泄露電流達到如下圖所示的閾值時，充電電路中斷裝置應起到中斷電路的作用。
圖 7 《UL2231-2》 23.2.3、Table 5 在《UL2231-2》 Table 5中將泄露電流分為五類： （a）60Hz AC：閾值為15-20mA （b）DC：閾值為56.56mA （c）DC+AC:不同的DC/AC混合電流，閾值也不一致，具體要求可參考下圖（《UL2231-2》 Figure 6）。
（d）AC>60Hz：若AC頻率大于60Hz，可參考下圖（《UL2231-2》 Figure 8），閾值為找到圖中相對應的值并乘以20，但最大不能超過70mA。
（e）多個頻率復合的泄露電流：閾值為20乘以頻率因數（頻率因數=Vin/Vout），并最大不能超過70mA。測試電路可參考下圖（《UL2231-2》 Figure 9）。
這是上述美標中對于充電設備CCID20的漏電測試的內容，可以看到，對于工頻交流漏電，UL2231給出了完整的測試要求和測試方法，但是對于其他不同漏電成分，如純直流、復合波、高頻漏電等，雖然美標有要求，但是沒有給出完整的測試方法和條件，所以對于這些部分的測試大家還有些爭議，各個認證機構也有不同的解讀，MAGTRON作為全球領先的漏電流保護方案供應商，可根據實際需求協助客戶完成美標漏電的認證。
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