车规级电路保护与电磁兼容设计

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。

SCHURTER是国际领先的电气和电子元件创新者和制造商。公司专注于安全电源和易于使用的设备。其广泛的产品组合包括电路保护,插头和连接器,EMC产品,开关,输入系统和电子制造服务领域的标准解决方案。

SCHURTER的全球代表处网络确保了可靠的交付和专业的客户服务。如果标准产品不适合,公司会开发特定于客户的解决方案。

如需产品和技术咨询,请联系韩总:15900829340

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