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EEC安规测试方案——新能源测试法规与应用（一）
前言
鉴于纯电动车产业的广泛范围.包括动力电池和充电桩等多个领域.为了详细介绍这个产业的各种电气测试.纯电动车产业应用书将分为上下两册。在上册中.我们将重点介绍纯电动车充电系统设备、充电桩相关设备的电气安全法规、测试方法以及解决方案。
纯电动车产业趋势
根据AlliedMarket Research的统计数据 .预计在2020年至2027年期间 .全球纯电动车市场将达 到8028.1亿美元 .年复合增长率为22.6%。与此同时 .这也带动了充电站、电池以及相关零部件 的需求增长。面对纯电动车行业的创新设计和需求 .制造商们需要尽早做好准备 .严格把关产 品的质量和安全性。
纯电动车相关法规
为了确保纯电动车的安全性 .各国都制定了各种相关法规 .以保障驾驶过程中的行车安全。特 别是随着纯电动车向高功率和高电压方向发展 . 电气安全问题更加重要 .不容忽视。在本册中 .华仪电子整理了与纯电动车充电系统设备、充电桩相关设备相关的电气安全法规和测试方法 .并为您提供完整的解决方案 .帮助您应对纯电动车测试中的各种挑战。
充电系统设备
随着纯电动车的普及 .越来越多的车主将其作为购买新车时的选项。除了关注性能和外观之外 .充电时间的长短也成为车主们关注的重要因素。例如 .使用家用交流充电设施充满电通常需 要整夜的充电时间。而公共充电桩采用直流充电 .能够在—小时内快速充电 .但需要确保充电 站在生活区域和长途旅行路线上的普及性 .以真正减轻车主的旅程焦虑 .进—步推动纯电动车 的普及。
为满足不断增长的用户需求并提高充电的便利性 .各地区积极发展和推广纯电动车 .并不断扩 展充电站的网络。根据Markets and Markets的调查 .预计纯电动车充电桩的总数将从2020年的 2,115,000座增长到2027年的30,758,000座。这—增长趋势反映了对纯电动车充电设施的持续需 求 .以满足日益增长的电动车用户群体。
如前面所述 .依据输出电流又可分为交流慢充和直流快充。无论是哪种充电方式都需要符合国 际法规的要求。纯电动车充电桩相关法规有:UL 2202 纯电动车充电系统设备标准、lEC 61851 纯电动车传导式充电系统的通用要求和GB/T 18487 纯电动汽车传导充电系统标准 .以下我们将 详细介绍各法规的测试条件与方法。
UL 2202 ( 纯电动车充电系统设备 )
纯电动车充电系统设备可分为车载充电器和非车载充电器(充电桩) .此类产品进入美国市场需符 合UL 2202。此法规是针对600伏以下的充电系统设备 .测试项目也因型式或产线测试而有些许 差异。
型式测试的项目包括耐压、接地阻抗和泄漏电流测试。充电系统设备包含。电源电路和非电源电 路 .对于这两种电路 .耐压测试具有不同的测试条件。首先介绍电源电路的耐压测试 .测试时 间为60秒 .不同测试点的测试电压要求如下:
对于—次电路(主电路)和非带电金属部件 .使用1000vac加上两倍的额定电压(测试电压 最高为2200vac)进行测试。同时还需要对—次电路与二次电路以及各个二次线圈之间进行 测试。
对于电源电路中的电机 .需要使用1000vac对带电和非带电的金属部件进行测试。
对于50vac以下的二次电路 .对非带电金属部件需要使用500vac的测试电压 .而50vac以上 的二次电路则需要使用1000vac。
对于用于无线电干扰消除和避免电弧产生的电容 .需要使用1000vac加上两倍的电容额定电 压(最多为2400vdc)对输入电容的两端进行测试。
如果使用直流电进行上述测试 .则测试电压需要乘以1.414。测试的判定标准是测试结束后不得 发生绝缘崩溃现象。对于电路电压小于30vdc的情况 .无需进行测试。
此外 .对于非电源电路的二次电路 .也需要进行60秒的耐压测试。测试条件是将电压施加到二 次电路上 .对—次电路、断开的接地金属和所有电压器隔离二次线圈进行测试。根据二次电路 的电压 .测试电压要求如下:如果小于30vac(60vdc) .则无需测试。
如果介于30vac至333.3vac(高于60vdc)之间 .则使用10倍的工作电压(最高测试电压为 1000vac)进行测试。
如果介于333.3vac至1000vac之间 .则使用3倍的工作电压进行测试。
如果高于1000vac .则使用1750vac加上1.25倍的工作电压进行测试。
在测试结束时 .不得发生绝缘崩溃现象。
对于使用金属外壳的充电设备 .需要进行接地阻抗测试。测试时 .将Hv端输入25A电流至被测 物的接地端 . 回路端接至被测物的金属外壳。最终的接地阻抗值需小于0.1欧姆。
此外 .对于有电源线且额定电压低于250vac的充电站 .需要进行泄漏电流测试。测试包括测量 个别可接触到的表面至地面的泄漏电流、将所有可接触表面连接至地面的泄漏电流以及各个点 之间的泄漏电流。使用额定电压进行测试 .泄漏电流值最多不得超过5mA。
在产线测试中 .主要包括耐压测试和导通测试。为了确保产品的质量和安全性 .通常会使用较 高的测试电压来缩短测试时间至1秒钟。具体的测试电压要求如下:
对于额定电压低于250vac的被测物 .使用1200vac(或1700vdc)进行耐压测试。
对于额定电压高于250vac的被测物 .使用1200vac加上2.4倍的额定电压(或1700vdc加上3.4 倍的额定电压)进行耐压测试。
与型式测试不同 .产线测试的要求较为简化。只需要对—次线路与可触及的带电金属部件以及 可触及的非带电金属部件进行耐压测试 .而不需要对各个测试点进行测试。
此外 .每个具有接地导体的充电系统都需要进行导通测试 .以确保充电桩的接地完整性。导通 测试用于验证充电系统的接地导体是否能够正常导通 .以下表格中总结了UL 2202的测试要求:
EC61851纯电动车传导式充电系统要求和 GB/T 18487 纯电动汽车传导充电系统标准
lEC 61851是国际电工委员会针对非车载充电器(充电桩)制定的国际标准 .欧洲采用此标准作为输入 电源为1000vac(1500vdc)以下纯电动车充电桩测试标准。中国也参考lEC61851法规制定了GB/T18487 . 因此这两个法规的电气安全测试有许多相同之处 .都需要进行交/直流耐压测试、绝缘阻 抗、接地阻抗和泄漏电流测试。
在进行耐压测试时 .会将被测物的火(L)和零(N)线短路后与测试仪器的Hv端连接 .被测物的接地 线与回路端连接。测试电压依照绝缘保护程度而有所差异 . —般使用系统电压加上1200vac (约为 1500vac至2200vac) .而加强绝缘保护则使用两倍的系统电压加上2400vac(约为3000vac 至 4400 vac) 的测试电压 .持续60秒后不能发生绝缘崩溃现象。绝缘阻抗测试和耐压测试使用相同的接线 方式 .但使用500vdc的直流测试电压进行60秒的绝缘阻抗测试 .绝缘阻抗值须大于1MΩ。
为确保非带电金属外壳在意外通电时,此电流能顺利导地,因此使用16A电流,输入至接地端来 进行接地阻抗测试。接地端与被测物的外壳间的接地阻抗测试值需小于0.1Ω。为保障操作者使 用时不会因泄漏电流意外触电,与充电枪相连的充电桩还需要进行泄漏电流测试,被测物与交 流电源连接,使用110%额定电压进行测试,泄漏电流测试仪器—端接至充电枪插座的正负极, —端接至被测物的金属外壳,测量两点间的泄漏电流,通过标准为泄漏电流值小于3.5mA,以下 表格中总结了lEC 61851和GB/T 18487的测试要求:
许多的纯电动车充电系统制造商都选择SE7430来进行产线测试,除了在性能上满足测试条件的 需求,更重要的是华仪丰富的经验提供了许多专业的安规测试方法,解决客户在产线上遇到的 各种挑战。此外,在型式测试上又比产线测试包含了更多的测试项目,我们的客户也会为研发 团队购置ESA系列综合分析仪搭配7006矩阵扫描仪(如图—所示),—整套完整的测试解决方案, 不仅能帮助客户从研发到产线保持—致的标准,还能维持产品的高质量。除了以上所提及的法 规测试外,所多制造商也会对电路板(例如:充电桩电流控制板)进行负载能力测试。在进行此类 测试时需要稳定的电源输出并透过自动化控制随时变换电压频率,因此对于电源质量与性能有 —定的要求。
充电桩相关配件
根据lEC 61851 (纯电动汽车传导充电系 统要求)和GB/T 18487 (电动车辆与交 流/直流电源的连接要求)可将充电站与 电动车连结方式分为的三种型态 . 如 图二所示。
充电系统除了本身需要经过严格的测 试 . 其相关配件如:充电枪、供电插 座与对车辆端的插头和插座(如图三所 示)等 .安全性也需要严格把关符合法 规标准 .相关的标准有欧洲lEC 62196 (standard for plugs, socket-outlets, vehicle connectors and vehicle inlets), 中国G/T 20234.2 (电动汽车传导充电 用连接装置) 以及美国UL 2551(stan- dard for safety for plugs, Receptacles and Couplers for Electric vehicles)。
这三个法规都需要进行耐压测试与绝缘测试 .lEC 62196, G/T 20234.2还需要进行交流接地阻抗.车辆端与电源端插座与插头因应不同地区电力系统与法规而有所不同 .可分为2至4个正负极 (poles)。
耐压和绝缘测试 .虽然测试条件与判断标准不同但被测物与测试仪器的连接方式相同。耐压测试的测试电压是根据被测物所能承受的绝缘电压程度 .表三与表四整理了lEC 62196, G/T 20234.2 和UL 2551的各个绝缘电压值所对应测试电压(最多为3000vac)。经过60秒的测试 .被测物需能承受此高压并且没有绝缘崩溃发生。在进行绝缘测试时所使用的测试电压—般为500vdc .但是当被测物的额定电压高于500vac时 .测试电压1000vdc。测试时间为60秒 .判定标准为绝缘电 阻值不得超过5MΩ。
除了测试条件需要注意外 .耐压与绝缘测试方式也有所要求。首先 .是将被测物(充电桩配件)上 的所有正负极相连后接上测试仪器的Hv端 .再将外壳与测试仪器 的回路端连接(如图五)。再者将被测物上的所有正负极依次和其他正负极进行测试(如图六)。为加强绝 在正负极的内侧做绝缘保护设计 .为确保此设计能有效的保护使用者的安规制造商们会 .需要对其进行测试。把被测物的绝缘内侧包覆—层金属箔后 .将测试仪器连接至此点和被测物的金属外壳(如图七)。任何可触及非带电金属部件在意外通电时 . 电流要能顺利导至地面以避免人员受伤 .为此 ,EC 62196和 G/T 20234.2还要求进行交流接地测试。输入交流电流25A 60秒 .测量可触及的金属部分与接地之间的电阻是否小于0.05Ω。
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无论是产线或研发单位的电气安全测试 .华仪提供电动车产业不同的解决方案
