淺析UL標(biāo)準(zhǔn)充電樁漏電流保護(hù)及測試規(guī)范要求

單位：浙江巨磁智能技術(shù)有限公司 作者：洪行凱

目前，全球電動汽車行業(yè)正處在快速增長中。EV Sales公布的數(shù)據(jù)顯示，得益于美國、歐洲、尤其是中國市場的優(yōu)異表現(xiàn)，全球電動汽車銷量快速增長。2020年，全球電動汽車銷量創(chuàng)下歷史新高，交付量超過324萬輛，同比漲幅達(dá)到43%，延續(xù)2019年同比高速增長，進(jìn)而全球電動汽車銷量在全球汽車銷量當(dāng)中的占比達(dá)到4.2%。

據(jù)IEA報(bào)告顯示2021年全球電動汽車銷量達(dá)到660萬輛。根據(jù)IEA的一份新報(bào)告，今年第一季度，全球電動汽車銷量環(huán)比增長了75%，達(dá)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%。

圖1 2012-2021年全球電動汽車銷量走勢圖 資料來源：EVSales IEA前瞻產(chǎn)業(yè)研究院

電動汽車市場的快速增長也帶動了公共充電樁市場規(guī)模的擴(kuò)張。從美國市場來看，盡管公共充電設(shè)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(yuǎn)不及電動汽車規(guī)模的提升。IEA數(shù)據(jù)顯示，美國電動汽車與公共充電樁數(shù)量的比例由2015年的12.9：1左右增長至2021年的18.2：1。

圖2 2015-2021年美國電動汽車與公共充電樁比例變化情況 數(shù)據(jù)來源：IEA前瞻產(chǎn)業(yè)研究院

針對充電樁的建設(shè)需求，美國政府也出臺了各項(xiàng)政策進(jìn)行支持。2022年2月，拜登政府公布了一項(xiàng)計(jì)劃將在五年內(nèi)撥款近50億美元建造數(shù)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(yīng)該優(yōu)先在洲際公路投資，洲際公路每間隔50英里就應(yīng)該設(shè)有充電設(shè)施，同時充電樁離公路距離不應(yīng)超過1英里，各州應(yīng)該努力建設(shè)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(chǔ)設(shè)施成本的80%由聯(lián)邦政府承擔(dān)。

美國在電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面通常采用財(cái)政支持政策以及相關(guān)輔助監(jiān)管措施。財(cái)政支持政策方面，美國計(jì)劃在2017至2027年間用于充電設(shè)施的建設(shè)總投入約為20億美元。在監(jiān)管政策方面，美國政府強(qiáng)制規(guī)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(yù)留電線管道，而如果是住宅建筑則每個停車位都必須預(yù)留電線管道。此外，為落實(shí)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，美國各州積極出臺相關(guān)政策來支持電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，如康涅狄格州出臺的HB5510法案以及馬薩諸塞州聯(lián)合交通委員會通過的法案等。

相關(guān)企業(yè)也對充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)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(yè)務(wù)BPPuls簽署諒解備忘錄，將在美國建立一個充電樁網(wǎng)絡(luò)，在全美各地的赫茲站點(diǎn)安裝數(shù)千個充電樁。兩家公司預(yù)計(jì)，到今年年底將有大約3000個充電樁在美國各地的赫茲站點(diǎn)運(yùn)行。赫茲在美國38個州的約500個站點(diǎn)有數(shù)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(yù)見美國的電動汽車充電樁市場將出現(xiàn)巨大的增長空間。這對國內(nèi)的相關(guān)廠商而言無疑是巨大的機(jī)會。但美標(biāo)的相關(guān)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(shè)備安全保障的漏電流保護(hù)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(biāo)準(zhǔn)將漏電流保護(hù)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(xiàng)要求。

一、CCID20生產(chǎn)線測試

《UL2231-2》 C4中提出在生產(chǎn)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(fā)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(yīng)的動作觸發(fā)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(diào)到額定電壓的85%、100%和110%，再對應(yīng)模擬204mA、240mA和264mA，之后分別測試動作觸發(fā)時間是否符合Table C3中的要求。

圖5《UL2231-2》 Table C3

二、系統(tǒng)測試運(yùn)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(tài)下突然施加漏電的情況測試；

圖6《UL2231-2》23.4 Figure 10、Table 7

2.環(huán)境試驗(yàn)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(jìn)行測試。

表1環(huán)境試驗(yàn)順序

備注：此表翻譯自《UL2231-2》 Table 8。（惡劣條件：在暴露至少2h后，盡快進(jìn)行相對應(yīng)的測試）

注意事項(xiàng)：

1）如果整機(jī)設(shè)備不打算在40℃的溫度下運(yùn)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(jī)設(shè)備打算在大于66℃的溫度下運(yùn)行，那在做圖7中步驟3和4時需要調(diào)整溫度到預(yù)期的運(yùn)行溫度。而不是66℃；

3）如果整機(jī)設(shè)備不打算在-5℃的溫度下運(yùn)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(jī)設(shè)備打算在低于-35℃的溫度下運(yùn)行，那在做圖7中步驟8和9時需要調(diào)整溫度到預(yù)期的運(yùn)行溫度。而不是-35℃；

3.接地故障跳閘閾值

根據(jù)《UL2231-2》 23.2.3，當(dāng)CCID20型充電設(shè)備的泄露電流達(dá)到如下圖所示的閾值時，充電電路中斷裝置應(yīng)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(yīng)的值并乘以20，但最大不能超過70mA。

（e）多個頻率復(fù)合的泄露電流：閾值為20乘以頻率因數(shù)（頻率因數(shù)=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(biāo)中對于充電設(shè)備CCID20的漏電測試的內(nèi)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(fù)合波、高頻漏電等，雖然美標(biāo)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(rèn)證機(jī)構(gòu)也有不同的解讀，MAGTRON作為全球領(lǐng)先的漏電流保護(hù)方案供應(yīng)商，可根據(jù)實(shí)際需求協(xié)助客戶完成美標(biāo)漏電的認(rèn)證。

審核編輯：湯梓紅