浅谈电动汽车漏电传感保护与技术

一、汽车芯片产业链

2021年新能源电动汽车市场增长超出预期，进入爆发式增长新阶段。新能源电动汽车的快速发展带动上下游产业链各环节飞速发展，包括芯片、器件及其模组（电机、电池、充电桩、整车及其零部件）等领域。

汽车电子芯片是车用芯片，按应用领域可分为应用处理器（IVI、MCU等）、功率半导体（AMP、IGBT、MOSFET等）、传感器芯片（TPMS等）及分离器件等。汽车电子芯片的上游是半导体制造，下游应用细分领域包括传智能汽车、新能源汽车等。传统汽车电子芯片主要适用于发动机控制、车身、电池管理、车载娱乐控制等局部功能。随着智能网联汽车的不断发展，车联网、自动驾驶技术在汽车中的应用越来越广泛，对汽车电子芯片的要求更高，这带动了相应的智能芯片发展。同时，新能源汽车的推广也对IGBT等功率半导体市场带来大量需求。

图1：汽车产业链

二、电动汽车充电漏电传感原理

随着大家对电池续航的要求越来越高，快速充电也成为了当下脍炙人口的话题，其中包括手机、电动车、充电宝等各类电器件，充电高可靠、高质量是现代人民追求的高品质生活，这就要求我们对充电保护更加警惕。充电环节对新能源电动汽车的使用起着至关重要的作用，提前预防充电过程中可能出现的漏电情况是每个生产电动汽车、充电桩厂家必要的举措。

在充电桩将交流电转换为标准形式的直流或交流电流并输送到汽车电池的过程中，各级转换系统中电流大小的正常是保证充电过程安全顺利进行的必要条件。充电桩中的电流传感器能够准确对关键系统环节上的电流进行测量，及时发现和报告内部异常情况，如漏电，从而避免安全事故的发生。此外，电流传感器还可以用于精确测量汽车的充电量，以显示供用户参考和进行充电收费计算。

2.1漏电保护相关标准：

电动车相关标准规定：GB/T 18487.1-2001《电动车辆传导充电系统一般要求》中3.1.1规定电动车辆充电时必须要将车身各金属部分接地，9.4.1规定在电动车辆传导供电设备的接地系统中，应该提供一个RCD（漏电保护器）。

2.2交流汽车充电介绍：

物理端口祸合是电动汽车开始充电的先决条件。祸合时，接口保护地端子（PE）最先接通，控制导引端子（CP）与充电连接确认端子（CC）最后接通；与之对应，在充电结束物理接口解祸脱开时，CP端子和CC端子最先断开，PE端子最后断开。电动汽车交流充电系统应具有控制导引电路，以实现对保护地导体连续性的持续监测、断电控制功能、充电电流的持续监控等。

图2：模式2、3充电漏保系统控制

2.3漏电传感保护原理：

由检测元件把检测到的漏电信号变换为电压或功率信号，再由放大元件将输入的信号进行放大输出给执行元件，执行元件在接收到信号后根据预先设定的基准值进行比较，如果漏电流值超过基准值则由执行机构将被保护电路的电源切断。

漏电保护器的检测元件是由电流互感器作为其检测元件，这种电流互感器一般是由封闭的环形铁芯和一次、二次绕组所构成的。它的工作原理是一次侧绕组连接在被保护线路中，使得被保护电路的相、线电流由一次侧绕组流入，再通过二次绕组输出，当线路出现异常时，互感器将感应信号通过放大器放大输出，再通过比较元件、执行机构进行动作保护电路。

图3:漏电保护器结构组成图

图4:传感器原理图及电路等效图

2.4电动汽车高压漏电检测原理

新能源电动汽车高压系统需要装漏电传感器，用于对电动汽车直流动力电源主线和外壳、车身底盘之间的绝缘阻抗进行检测。通过检测与动力电池输出相连接的负极导线和车身底盘之间的绝缘阻抗大小，根据自身计算，来判断漏电程度。当动力电池包有漏电时，传感器给电池管理控制器（BMS）一个信号。电池管理控制器BMS接收到漏电信号后，采取相应的措施停止电力传输、切断动力电池，从而防止高压电外泄，造成人身伤害。

图5：漏电传感器工作原理图

三、电动汽车漏电传感保护

根据汽车传感器不同的作用机理和作用目的，可将传感器分为传统传感器和智能传感器。传统传感器作为汽车神经元控制汽车的各个系统，常见种类有：电流传感器、压力传感器、温度传感器等；这些传统传感器感受规定的物理量，并按一定规律将其转换成可用输入信号，把非电量转换成电量。它采集的信息由电控单元进行处理后形成执行指令，并完成电子控制。

中国车用传感器发展之路是一条漫长的道路，国内芯片企业的成功不仅取决于企业自身的努力，还取决于和产业链上下游更好的配合，共同进步。汽车主要分为主控/计算类芯片（如MCU）、功率半导体、传感器、无线通信及车载接口类芯片、车用存储器及其他芯片。

在感知方面，传感器中的电流、电压、温度等备受关注。核心感知零部件是电动汽车之眼，只有核心感知零部件技术过硬且成熟，电动汽车才会逐渐升级。从目前车企的情况来看，搭载电流、电压、温度、激光雷达iLiDAR等多传感器融合的方案已成为主流，其中电流检测更是电网中计量收费的重要指标。

MAGTRON自主研发的RCMU漏电流传感器模组广泛服务于电动汽车、充电桩、工业光伏逆变器、智能电网、航空航天等多个领域，销量遍布全国，一度成为业界车企“隐形冠军”。RCMU漏保传感基于芯片式的设计原理,采用自主研发的iFluxgate芯片技术，对于不同的漏电成分都能够检测,如交流电、直流电，属于B型RCMU，相比传统漏电保护器更可靠、更灵敏、更安全。

图6：MAGTRON符合国标、欧标、美标的漏电传感器safeDev

四、参考文献

[1]卫云贵.新能源汽车高压系统漏电检测原理与故障诊断[J].汽车与驾驶维修(维修版),2018(12):86-87.

[2]GB/T 18487.1-2001《电动车辆传导充电系统一般要求》标准.

[3漏电保护原理及作用.

[4]曾广达，罗陶．论剩余电流和泄漏电流．电工技术学报，1989，No.4:61-64 .

[5]崔生荣,聂鹏,崔新宇.绝缘漏电流传感器的低温实验研究[J].高电压技术,2002(05).