【原】车规级电路保护与电磁兼容设计

知化汽车 2021-07-30

展开全文

新能源电动车的充电慢问题

纵观国内外，新能源汽车发展到现在，取得了非常大的成就，但同时也暴露出了一些问题，从消费者的角度来看，这些问题主要包括配套设施发展不足，充电难、充电慢；性能指标“注水”；质量问题突出，频发安全事故和召回；售后服务水平不高，企业“甩锅”消费者等等。

其中，充电难和充电慢是抱怨最多的。充电难、充电慢有没有办法解决呢，这里就来讨论这个问题。

日常充电为什么慢？因为现在充电都是靠OBC（车载充电机），这是每辆车都自带的；以前的OBC功率基本上都是3.6kW，最近逐渐向高功率发展，今后可能都会标配6.6kW。这种都是在家里充的，属于慢充，对电池的损伤是相对小的，但充电的速度很慢、时间很长；像3.6kW都需要10个小时左右。

电动汽车一般的充电方式如下图所示，OBC是交流输入，经BMS控制完成给电池的充电；直流快充呢，它是直接输入，功率大，从右上角的图示可以看了，直流充电充了35分钟，已经充了82%，大约充了17度电，假设1度电跑4公里，差不多就可以跑70公里。

第一类：硕特车规级电路保护产品

硕特在这里能做些什么呢？主要集中在两个领域：保险丝和滤波器。

先看一个经典的车载充电器OBC电路拓扑结构：

从输入端开始，有交流保险丝，滤波器， PFC，然后是DC/DC变换，一般现在都是全桥，然后整流滤波之后变成直流电，它的输出是250V－800V的电压。

选型分析和考虑：

（一）对于交流端的保险丝，单相的硕特有250V，10A－50A；有些OBC是三相输入的，硕特对应的有SHT/SHF产品，500VAC， 32A。与此同时，硕特也在开发更大电流的系列，以适应快充的趋势。

（二）后面FUSE2是一个直流端的保险丝，是硕特专门针对电动汽车市场开发的一个产品：

尺寸：10.3*38mm，
分断能力：20KA，
额定电压：1000VDC，（虽然现在大多是400V级别，但未来高电压平台将会是一个发展趋势）按照AEC-Q200测试标准

为了实现更快的充电速度，现在不少车企都推出了自己的高电压平台。比如吉利的SEA浩瀚智能平台，它的电压是800V，充电5分钟就可以行驶120公里。假设1度电可以行驶4公里，5分钟就相当于有了30度电，那充电器的功率相当于360kW。

对于800V平台，硕特有一个明星产品，也就是前面介绍的AEC-Q200认证产品，它是1000VDC，已经覆盖了800V的要求。在汽车里面，像高压辅助电源，空调，PTC加热器，都会用到这样的产品。

举个例子：

现在很多车厂都会进行集成化设计，做成智能化的PDU，把OBC、辅助电源、PTC，还有空调的保险丝集中在一起，变成一个四路的PDU。

（三）中间的滤波器主要有纳米晶共模电感，硕特有单相的DKIH-1，300V的；三相的DKIH-3，600VAC；有一些PFC带中线，硕特有对应的四相DKIH-4，500-760V。

（四）车载电气装置过流，过热保护方案

比如点火线圈，有一个贴片的保险丝，UAI1206。因为在点火瞬间，会有很多的脉冲，这个保险丝的特点就是能够抗脉冲；在BMS里面，我们有高电流高电压的UMT-H系列，AEO 10*38系列，还有UMT 250系列。

空调的散热风扇，以及风扇的控制里面，都有用到一个热感应（电流）保险丝和一个温度保险丝。

USN1206主要是偏重在风扇的控制线路板里面，RTS主要应用于控制风扇的回路里面。这里有一个实际的案例，一辆在质保期内的车辆发生了自燃，起火点就是在电子风扇上，最后查出的原因在于风扇没有做过热保护。那RTS就可以很好的解决这类似问题，能够对线路进行过热保护。

RTS的工作原理，这个产品就像一个桥，上面的器件好比是桥面，两端好比是桥墩，它就吸收PCB铜箔上面的热量，热量会导到结合点，这个结合点的工作温度是210，达到了210后，它下面有根弹簧，会在结合点融合之后将二者弹开，从而达到断开线路的作用。RTS是可以直接过回流焊的，非常方便。

第二类：电动车的电磁兼容设计

接下来讲一下电磁干扰。对于电动汽车来说，电磁干扰的危害包括：充电失控、车辆运行失控、电池包在某些特定的情况下会突然断电，整车失去动力；其次，强的电磁干扰还会对人体造成伤害。整车厂要避免这些安全问题的发生，就需要提高电磁兼容水平，就需要付出额外的成本，成本与安全问题的叠加，让各企业不得不引起重视。

要应对电磁干扰，首先要找到干扰源。对于电动汽车来说，动力功率部件是最为明显的干扰源，这包括电机电控、高压控制盒、车载充电机、DC/DC变换器，以及动力电池。其次，还包括车上的各种车载电器，智能驾驶装置和智能互联设备。车外的则主要是充电桩。

针对EMC，最有效的解决方案主要是接地、屏蔽和滤波。硕特的产品主要集中在滤波这个领域。像交流充电桩，硕特有交直流滤波器，电流范围比较大，最高可以覆盖到2500A，已经可以满足，不管是50kW，还是360kW的需求。对于电池包，已经有专门为企业定制的电池包滤波器，还有些直流滤波器。

逆变器和动力总成都会需要滤波器，以防止电磁干扰影响到其他设备。

下面是国外某个车厂，充电桩做的一个测试。充电桩是50kW的，一共有3把枪，一个交流充电，两个直流充电。

充电桩有不同的充电模式，这里面的充电模块是一样的，但不同的充电枪它的协议不同，它产生的传导干扰也不一样，所以标准要求，每一把枪都要做传导的测试。从图示我们可以看到，交流和直流充电经过整改后的情况，其中交流充电的已经达到了Class B级别，目前很多的充电模块只是Class A级别。Class B会比Class A更严格，因为很多的充电桩会装到小区里，都是一些家庭环境。

对于电池端口的滤波设计，硕特结合自身的技术，为客户提供一个整体的解决方案，既有配套400-800VDC电池包的纳米晶磁环滤波器，还提供电池包所需的保险丝和温度保险丝。

对于每一个解决方案，硕特都会进行仿真分析，再提供定制样品供客户实际测试。