淺談電動汽車漏電傳感保護與技術

發布日期:2023-08-29  來源:浙江巨磁智能技術有限公司  作者:Amanda

核心提示:一、汽車芯片產業鏈2021年新能源電動汽車市場增長超出預期,進入爆發式增長新階段。新能源電動汽車的快速發展帶動上下游產業鏈各
一、汽車芯片產業鏈

2021年新能源電動汽車市場增長超出預期,進入爆發式增長新階段。新能源電動汽車的快速發展帶動上下游產業鏈各環節飛速發展,包括芯片、器件及其模組(電機、電池、充電樁、整車及其零部件)等領域。
汽車電子芯片是車用芯片,按應用領域可分為應用處理器(IVI、MCU等)、功率半導體(AMP、IGBT、MOSFET等)、傳感器芯片(TPMS等)及分離器件等。汽車電子芯片的上游是半導體制造,下游應用細分領域包括傳智能汽車、新能源汽車等。傳統汽車電子芯片主要適用于發動機控制、車身、電池管理、車載娛樂控制等局部功能。隨著智能網聯汽車的不斷發展,車聯網、自動駕駛技術在汽車中的應用越來越廣泛,對汽車電子芯片的要求更高,這帶動了相應的智能芯片發展。同時,新能源汽車的推廣也對IGBT等功率半導體市場帶來大量需求。
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圖1:汽車產業鏈


二、電動汽車充電漏電傳感原理

隨著大家對電池續航的要求越來越高,快速充電也成為了當下膾炙人口的話題,其中包括手機、電動車、充電寶等各類電器件,充電高可靠、高質量是現代人民追求的高品質生活,這就要求我們對充電保護更加警惕。充電環節對新能源電動汽車的使用起著至關重要的作用,提前預防充電過程中可能出現的漏電情況是每個生產電動汽車、充電樁廠家必要的舉措。
在充電樁將交流電轉換為標準形式的直流或交流電流并輸送到汽車電池的過程中,各級轉換系統中電流大小的正常是保證充電過程安全順利進行的必要條件。充電樁中的電流傳感器能夠準確對關鍵系統環節上的電流進行測量,及時發現和報告內部異常情況,如漏電,從而避免安全事故的發生。此外,電流傳感器還可以用于精確測量汽車的充電量,以顯示供用戶參考和進行充電收費計算。

2.1漏電保護相關標準:

電動車相關標準規定:GB/T 18487.1-2001《電動車輛傳導充電系統一般要求》中3.1.1規定電動車輛充電時必須要將車身各金屬部分接地,9.4.1規定在電動車輛傳導供電設備的接地系統中,應該提供一個RCD(漏電保護器)。

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2.2交流汽車充電介紹:

物理端口禍合是電動汽車開始充電的先決條件。禍合時,接口保護地端子(PE)最先接通,控制導引端子(CP)與充電連接確認端子(CC)最后接通;與之對應,在充電結束物理接口解禍脫開時,CP端子和CC端子最先斷開,PE端子最后斷開。電動汽車交流充電系統應具有控制導引電路,以實現對保護地導體連續性的持續監測、斷電控制功能、充電電流的持續監控等。
 
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圖2:模式2、3充電漏保系統控制


2.3漏電傳感保護原理:

由檢測元件把檢測到的漏電信號變換為電壓或功率信號,再由放大元件將輸入的信號進行放大輸出給執行元件,執行元件在接收到信號后根據預先設定的基準值進行比較,如果漏電流值超過基準值則由執行機構將被保護電路的電源切斷。 
漏電保護器的檢測元件是由電流互感器作為其檢測元件,這種電流互感器一般是由封閉的環形鐵芯和一次、二次繞組所構成的。它的工作原理是一次側繞組連接在被保護線路中,使得被保護電路的相、線電流由一次側繞組流入,再通過二次繞組輸出,當線路出現異常時,互感器將感應信號通過放大器放大輸出,再通過比較元件、執行機構進行動作保護電路。 

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圖3:漏電保護器結構組成圖

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圖4:傳感器原理圖及電路等效圖

電動汽車高壓漏電檢測原理
新能源電動汽車高壓系統需要裝漏電傳感器,用于對電動汽車直流動力電源主線和外殼、車身底盤之間的絕緣阻抗進行檢測。通過檢測與動力電池輸出相連接的負極導線和車身底盤之間的絕緣阻抗大小,根據自身計算,來判斷漏電程度。當動力電池包有漏電時,傳感器給電池管理控制器(BMS)一個信號。電池管理控制器BMS接收到漏電信號后,采取相應的措施停止電力傳輸、切斷動力電池,從而防止高壓電外泄,造成人身傷害。
 

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圖5:漏電傳感器工作原理圖

三、電動汽車漏電傳感保護

根據汽車傳感器不同的作用機理和作用目的,可將傳感器分為傳統傳感器和智能傳感器。傳統傳感器作為汽車神經元控制汽車的各個系統,常見種類有:電流傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等;這些傳統傳感器感受規定的物理量,并按一定規律將其轉換成可用輸入信號,把非電量轉換成電量。它采集的信息由電控單元進行處理后形成執行指令,并完成電子控制。
中國車用傳感器發展之路是一條漫長的道路,國內芯片企業的成功不僅取決于企業自身的努力,還取決于和產業鏈上下游更好的配合,共同進步。汽車主要分為主控/計算類芯片(如MCU)、功率半導體、傳感器、無線通信及車載接口類芯片、車用存儲器及其他芯片。
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在感知方面,傳感器中的電流、電壓、溫度等備受關注。核心感知零部件是電動汽車之眼,只有核心感知零部件技術過硬且成熟,電動汽車才會逐漸升級。從目前車企的情況來看,搭載電流、電壓、溫度、激光雷達iLiDAR等多傳感器融合的方案已成為主流,其中電流檢測更是電網中計量收費的重要指標。
MAGTRON自主研發的RCMU漏電流傳感器模組廣泛服務于電動汽車、充電樁、工業光伏逆變器、智能電網、航空航天等多個領域,銷量遍布全國,一度成為業界車企“隱形冠軍”。RCMU漏保傳感基于芯片式的設計原理,采用自主研發的iFluxgate芯片技術,對于不同的漏電成分都能夠檢測,如交流電、直流電,屬于B型RCMU,相比傳統漏電保護器更可靠、更靈敏、更安全。

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圖5:MAGTRON符合國標、歐標、美標的漏電傳感器safeDev
 
四、參考文獻
[1]衛云貴.新能源汽車高壓系統漏電檢測原理與故障診斷[J].汽車與駕駛維修(維修版),2018(12):86-87.
[2]GB/T 18487.1-2001《電動車輛傳導充電系統一般要求》標準.
[3漏電保護原理及作用.
[4]曾廣達,羅陶.論剩余電流和泄漏電流.電工技術學報,1989,No.4:61-64 .
[5]崔生榮,聶鵬,崔新宇.絕緣漏電流傳感器的低溫實驗研究[J].高電壓技術,2002(05).


 
 
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