浅析UL标准充电桩漏电流保护及测试规范要求
发布时间：2023-5-29 17:42
发布者：eechina
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单位：浙江巨磁智能技术有限公司 作者：洪行凯 目前，全球电动汽车行业正处在快速增长中。EV Sales公布的数据显示，得益于美国、欧洲、尤其是中国市场的优异表现，全球电动汽车销量快速增长。2020年，全球电动汽车销量创下历史新高，交付量超过324万辆，同比涨幅达到43%，延续2019年同比高速增长，进而全球电动汽车销量在全球汽车销量当中的占比达到4.2%。 据IEA报告显示2021年全球电动汽车销量达到660万辆。根据IEA 的一份新报告，今年第一季度，全球电动汽车销量环比增长了75%，达到200万辆。归功于电动汽车和清洁能源，2022年二氧化碳排放量将大幅减少，在 2021 年翻一番之后，2022年电动汽车销量有望占到全球轻型汽车总销量的13%。 
资料来源：EVSales IEA前瞻产业研究院 图 1 2012-2021年全球电动汽车销量走势图 电动汽车市场的快速增长也带动了公共充电桩市场规模的扩张。从美国市场来看，尽管公共充电设施随着电动汽车的销量和保有量的快速提升而快速增长，但公共充电桩的增长速度远不及电动汽车规模的提升。IEA数据显示，美国电动汽车与公共充电桩数量的比例由2015年的12.9：1左右增长至2021年的18.2：1。 
数据来源：IEA 前瞻产业研究院 图 2 2015-2021年美国电动汽车与公共充电桩比例变化情况 针对充电桩的建设需求，美国政府也出台了各项政策进行支持。2022年2月，拜登政府公布了一项计划将在五年内拨款近50亿美元建造数千座电动汽车充电站，在政府部门的文件中还指出，美国各州应该优先在洲际公路投资，洲际公路每间隔50英里就应该设有充电设施，同时充电桩离公路距离不应超过1英里，各州应该努力建设直流充电桩，而且每个充电站至少要布置4个充电桩，可以同时满足四辆电动汽车的充电需求，充电基础设施成本的80%由联邦政府承担。 美国在电动汽车充电基础设施建设方面通常采用财政支持政策以及相关辅助监管措施。财政支持政策方面，美国计划在2017至2027年间用于充电设施的建设总投入约为20亿美元。在监管政策方面，美国政府强制规定，凡是拥有超过10个停车位的新建或改建的建筑，如果是非住宅建筑则必须至少建有一个充电桩，且每5个停车位必须有一个停车位预留电线管道，而如果是住宅建筑则每个停车位都必须预留电线管道。此外，为落实充电基础设施建设，美国各州积极出台相关政策来支持电动汽车充电基础设施的建设，如康涅狄格州出台的HB5510法案以及马萨诸塞州联合交通委员会通过的法案等。 相关企业也对充电基础设施建设进行了投入。全球租车巨头赫兹于2022年9月27日宣布与英国石油公司电动汽车充电业务BPPuls签署谅解备忘录，将在美国建立一个充电桩网络，在全美各地的赫兹站点安装数千个充电桩。两家公司预计，到今年年底将有大约3000个充电桩在美国各地的赫兹站点运行。赫兹在美国38个州的约500个站点有数千辆电动汽车可供出租。在市场需求和政策支持的双重刺激下，可以预见美国的电动汽车充电桩市场将出现巨大的增长空间。这对国内的相关厂商而言无疑是巨大的机会。但美标的相关要求则成为了各厂商必须面对的壁垒。尤其是其中作为充电设备安全保障的漏电流保护装置，必须符合《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。 在之前文章中介绍过《UL2231》标准将漏电流保护类型分为CCID5以及CCID20。今天我们就简单分析一下《UL2231-2》中对于CCID20漏电流测试的各项要求。 一、CCID20生产线测试 《UL2231-2》 C4中提出在生产管理过程中，如下图所示漏电流测试要求漏电流值为15~20mA，动作触发时间要求为1s。 
图 3 《UL2231-2》C4、Table C1 而在C4.2.1中分别要求了CCID20不同的额定电压下，需要测试的漏电流值及所对应的动作触发时间限值。 
图 4 《UL2231-2》C4.2.1 如下图所示在《UL2231-2》原文中的Table C3 中列出了在各个额定电压的情况下，需要将测试电压分别调到额定电压的85%、100%和110%，再对应模拟204mA、240mA和264mA，之后分别测试动作触发时间是否符合Table C3中的要求。 
图 5 《UL2231-2》 Table C3 二、系统测试运行要求 1. 高电阻接地故障测试 《UL2231-2》23.4 Figure 10和Table 7列出了在测试漏电流时需要满足的四种测试条件： （1）S1、S2、S3闭合，只断开S4，充电桩上电瞬间施加漏电的情况测试； （2）S2、S3、S4闭合，只断开S1，输入端上电瞬间施加漏电的情况测试； （3）S1、S3、S4闭合，只断开S2，输出端上电瞬间施加漏电的情况测试； （4）S1、S2、S4闭合，只断开S3，正常工作状态下突然施加漏电的情况测试； 
图 6 《UL2231-2》23.4 Figure 10、Table 7 2.环境试验顺序 而在这四种模拟电路测试情况下，如下表所示都需要分别在列出的测试情况下进行测试。 表1 环境试验顺序
注意事项： 1）如果整机设备不打算在40℃的温度下运行，则只需要测试图7中步骤5和6，不需要测试步骤3和4； 2）如果整机设备打算在大于66℃的温度下运行，那在做图7中步骤3和4时需要调整温度到预期的运行温度。而不是66℃； 3）如果整机设备不打算在-5℃的温度下运行，则只需要测试图7中步骤10和11，不需要测试步骤8和9； 4）如果整机设备打算在低于-35℃的温度下运行，那在做图7中步骤8和9时需要调整温度到预期的运行温度。而不是-35℃； 3. 接地故障跳闸阈值 根据《UL2231-2》 23.2.3，当CCID20型充电设备的泄露电流达到如下图所示的阈值时，充电电路中断装置应起到中断电路的作用。 
图 7 《UL2231-2》 23.2.3、Table 5 在《UL2231-2》 Table 5中将泄露电流分为五类： （a）60Hz AC：阈值为15-20mA （b）DC：阈值为56.56mA （c）DC+AC:不同的DC/AC混合电流，阈值也不一致，具体要求可参考下图（《UL2231-2》 Figure 6）。 
（d）AC>60Hz：若AC频率大于60Hz，可参考下图（《UL2231-2》 Figure 8），阈值为找到图中相对应的值并乘以20，但最大不能超过70mA。 
（e）多个频率复合的泄露电流：阈值为20乘以频率因数（频率因数=Vin/Vout），并最大不能超过70mA。测试电路可参考下图（《UL2231-2》 Figure 9）。 
这是上述美标中对于充电设备CCID20的漏电测试的内容，可以看到，对于工频交流漏电，UL2231给出了完整的测试要求和测试方法，但是对于其他不同漏电成分，如纯直流、复合波、高频漏电等，虽然美标有要求，但是没有给出完整的测试方法和条件，所以对于这些部分的测试大家还有些争议，各个认证机构也有不同的解读，MAGTRON作为全球领先的漏电流保护方案供应商，可根据实际需求协助客户完成美标漏电的认证。 
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