霍尔电流传感器CH701/CH701W应用于电动汽车模式2充电的装置

电动汽车充电是电动汽车使用过程中必不可少的环节，充电快慢影响着电动汽车用户出行的规律。根据电动车电池组的技术特性和使用性质，存在着不同的充电设施，不同的充电模式，不同的充电方法。电动汽车充电主要有三种方法：一是公共的交、直流充电桩；二是私用的交流充电桩；三是便携式充电器。       

现阶段使用公共充电桩充电，车主需要面对寻找充电桩麻烦、找到充电桩却无法充电等问题；而在小区里物业对私用充电桩的安装等方面要求很苛刻，常常会把很多人挡在门外，显然充电困难问题无疑还是最大的用车问题。然而，便携式充电器在现阶段让该问题从一定程度上得到缓解，只要能找到符合要求的家用插座的地方就可以用它给电动汽车充电。满足这种需求的便携式充电器就是电动汽车模式2的充电装置——缆上控制与保护装置。  

1 电动汽车充电模式分类       

电动汽车充电设备或设备组件，以充电为目的提供专用功能将电能补充给电动汽车的充电模式，分为以下4种：

(1) 充电模式1：将电动汽车连接到交流电网时，所使用的单相简易充电装置，如图1所示。它不具有任何保护功能，已禁止使用模式1对电动汽车进行直接充电。

(2) 充电模式2：将电动汽车连接到交流电网时，所使用的单相专用充电装置，如图2所示，该装置同时具备了控制导引、剩余电流保护、过流保护和开关功能。

(3) 充电模式3：将电动汽车连接到交流电网时，所使用的专用供电设备，如图3所示，它在设备上安装了控制导引装置，并具备剩余电流保护功能。

(4) 充电模式4：将电动汽车连接到交流或直流电网时，所使用的带控制导引功能的直流专用供电设备。

2 缆上控制与保护装置（IC-CPD）缆上控制与保护装置（IC-CPD）定义为：在充电模式2下为电动车辆供电的一组部件或元件，包括了功能盒、电缆、供电插头和车辆连接器，并且能够执行控制功能和安全功能，如图5所示。

图5 IC-CPD 的各个部分和功能

IC-CPD 一般包括以下部件或元件：与固定插座连接的供电插头；包含控制和保护特性的功能盒；插头和功能盒之间的电缆；功能盒与车辆连接器之间的电缆；连接电动汽车的车辆连接器。其中，和均为可选部件，其他3 个全部都是必须部件。

独立的功能盒应包含三个主要功能模块：剩余电流保护功能模块 在基本保护和/或故障保护失效时，确保至少提供有In≤30mA的A 型RCD；控制导引功能模块满足GB/T18487.1-2015附录A 电动汽车模式2 的控制导引功能要求；开关功能模块 能可靠接通或分断一个或几个电气回路电流。

2.1 IC-CPD 按结构分类，可分为：功能盒独立于插头和连接器的IC-CPD；功能盒与插头为一体的IC-CPD；模块化的IC-CPD。其中，和两类IC-CPD 的功能盒都包含了剩余电流保护模块、控制导引模块和开关模块。而模块化的IC-CPD分两种：剩余电流保护及开关电器与插头集成一体，控制导引控制器内置于独立的功能盒并介于插头和车辆连接器之间；剩余电流保护及开关电器与插头集成一体，控制导引控制器与车辆连接器集成一体。

2.2 IC-CPD 的使用条件IC-CPD 适用在单相交流电路电压不超过250V，最大充电电流不超过16A 的环境下使用，额定频率优选值为50Hz、60Hz或50/60Hz。

3 IC-CPD 的现状及发展概况        

尽管充电模式2 的IC-CPD属于一种慢充的充电方式，充电时间较长，但其对充电基础设施的要求并不高，且建设成本低；还可以充分利用电力低谷时段进行充电，降低充电成本；更为重要的优点是可对电池深度充电，提升电池充放电效率，延长电池寿命。        

目前，IC-CPD大多是电动汽车购买时随车配送的充电装置。在专业标准NB/T 42077-2016发布实施之前，市场上的IC-CPD基本是按车企的要求并参考相关的标准进行部分项目的试验，或者只是简单的进行出厂检验便流向市场，而完全没有从全方面的安全性考虑，进行完整的检测。这样，IC-CPD在使用过程中，很可能就会引发人身伤害、火灾等事故，存在很大的安全隐患。因此，对IC-CPD产品按专业标准开展严格的检测刻不容缓。      

 2017年7 月，刚闭幕的二十国集团（G20）汉堡峰会的最大焦点——宣布了将全面禁售燃油车的国家和时间：法国2040年起；德国2030年起；挪威电动汽车已占24%，2025 年起；荷兰2025年起。同时，发改委宣布：禁止核准新建燃油汽车项目，并严格控制现有燃油汽车产能；可见，国内外政府对以电动汽车为主的新能源汽车的重视程度越来越高。有关数据显示及预测，2016年我国新能源汽车保有量109 万辆；而2017 年-2020 年，我国新能源汽车将进入稳定增长阶段，复合增速在40%左右，进而实现2020年当年产量200 万辆，2020 年全国新能源汽车保有量500 万辆。       

假设电动汽车生产企业长期保持着一台车配送一个IC-CPD的福利，那么，在未来相当长的一段时间内，对IC-CPD充电装置产品的检测认证需求量必然也会越来越大。

4 IC-CPD 中电流传感器的选择

由于IC-CPD 适用在单相交流电路电压不超过250V，最大充电电流不超过16A 的环境下使用，额定频率优选值为50Hz、60Hz或50/60Hz。需要使用工作电压大于250V，额定电流大于1.5倍充电电流的汽车级的电流传感器来检测电路中的电流，由于充电模式2整体结构较小，就需要结构更加紧凑的霍尔电流传感器来实现这个功能。

目前意瑞半导体（上海）公司有多款汽车级霍尔电流传感器可以满足要求，推荐使用如下两个系列产品：

4.1 检测5A到70A的直流或交流电流。

检测5A到50A的直流或交流电一般选用芯片式的霍尔电流传感器，比如

CH701电流传感器IC，是工业、汽车、商业和通信系统中交流或直流电流传感的经济而精确的解决方案。小封装是空间受限应用的理想选择，同时由于减少了电路板面积而节省了成本。典型应用包括电机控制、负载检测和管理、开关电源和过电流故障保护。

CH701可以检测到50A峰值的电流。

如果需要检测更大电流，需要更高的隔离电压，可以选择更大电流范围的产品，比如16脚的CH701W系列，电流范围可以到70A，绝缘耐压可以到4800Vrms：

CH701W 系列产品有如下特性：

加强隔离：4800VRMS

AEC-Q100合格

一次导体电阻：0.8 mΩ

供电电源：3.3V或5V

多种测量电流：交流或直流±5A、±10A、±20A、±30A、±40A、±50A、±60A、±70A

带宽：120 kHz

响应时间：4us

提供更加灵活的输出模式

SOIC-16封装，节省PCB空间

出厂前芯片已做好灵敏度和静态（零电流）输出电压的校准，提高精度

斩波器稳定可产生极其稳定的静态输出电压

4.2 检测50A到200A的直流或交流电流。

可以选用直插型的电流传感器

CH704 是专为大电流检测应用开发的隔离集成式电流传感芯片。CH704 内置 0.1 mΩ 的初级导体电阻，有效降低芯片发热支持大电流检测：±50A, ±100A, ±150A, ±200A。其内部集成独特的温度补偿电路以实现芯片在 -40 到150度全温范围内良好的一致性。出厂前芯片已做好灵敏度和静态（零电流）输出电压的校准，在全温度范围内提供 ±2% 的典型准确性。

结束语      

充电困难问题无疑还是现阶段电动汽车使用过程中的最大问题，而IC-CPD在现阶段能让该问题从一定程度上得到缓解。本文从充电模式分类的介绍出发，引入模式2 的充电装置IC-CPD，并展开了包括IC-CPD的分类、标准及认证规则等方面的详细介绍，最后提供了目前市场上的IC-CPD现状及电流传感器的选型。

审核编辑：刘清