新能源电车充电系统的电路保护与电磁兼容设计

新能源电车最忧虑的问题：续航里程不足和充电难

作者：SCHURTER 硕特和儒卓力

在推出新型电动汽车方面，汽车厂商之间彼此不断互相超越，于是充电时间越来越短，续航里程越来越长。不难发现，这种评估电动汽车的方式是有局限性的。此外，这种做法对汽车的使用寿命而言是毫无益处的。

由于有关空气污染的法规日益严苛，越来越多的城市希望对柴油车实行驾驶禁令。由于要求汽车排放量尽可能低，因此汽车行业在此方面面临的压力不断增长。毕竟，谁会买一辆明天就不被允许开进城区的汽车呢？因此，潜在的车主只好去信服汽车厂家那些言简意赅的宣传口号，即最新款的电动汽车可以在短短几分钟内从零电量充到 100%，并且续驶里程达到数百公里。遗憾的是，事情没有那么简单。这样的说法过不了物理学这一关，以下是一些简单的事实。

充电要多长时间？

这可以很快就算出结果。将一辆汽车的电池容量（kWh）去除以充电桩的功率（kW），通过这种方式，您可以得出充满一次电（从 0 到 100%）所需的小时数。

最薄弱环节

对于充电而言，要始终注意该过程由市电供电、充电桩、充电线以及充电器本身共同组成，正如链条一般。这一链条中最薄弱的环节决定了充电功率的最大值。如果充电器只能承受 6.6kW，那么即使用一个 22kW 的充电桩要把电“泵”到电池里，也是没有用的。

图片来源：SCHURTER硕特

快速充电“不好”

不管汽车厂商的营销策略专家说些什么，我们都要记住：快速充电会损害锂离子电池。用于锂离子电池的 IU 充电过程是恒流恒压的（恒流= CC，恒压= CV）。与使用寿命一样，充电时间也取决于各种因素，充电能力的提高首先取决于温度。较短的充电时间或较高的充电电流会对电极材料产生负面影响，缩短使用寿命和循环次数。而温和的充放电则可大大延长电池的使用寿命！

锂镀层

在高电流或低温下对锂离子电池进行充电或放电会形成锂镀层。锂离子会沉积在阳极表面，而不是石墨层之间。这将导致性能、使用寿命和安全性方面的重大损失。在极端情况下，锂镀层甚至会导致短路，或者由于金属锂的高度易燃性而导致火灾。

通信/BMS

BMS（电池管理系统）负责控制和监测高性能电池组的充放电过程。他们的主要任务是确保每个单体电池在充放电过程中不会超过或低于规定的荷电状态（SoC）。SoC 值表示电池相对于额定值的剩余容量。该值以完全充电状态的百分比表示。例如，30%的意思是相对于完全充 电，电池仍然有 30%的剩余电量。根据应用的不同，如需获得最大功率，SoC 的下限和上限分别为 20%和 100%，如想获得最长的使用寿命，SoC 的下限和上限为 30%和 70%。

图片来源：SCHURTER硕特

全方位，客制化，精准设计

儒卓力代理的SCHURTER硕特的滤波器产品方案。

• 如充电桩，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。

• 关于电池包，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需要滤波器（可定制），以防止电磁干扰影响到其他设备。

• 12-48V电池系统中，也可按需客制滤波器。

电动汽车的车载充电机（On Board Charger: OBC）通过将交流电转换为直流电为电动汽车高压电池组充电。OBC现有双向充电、大功率、高功率密度等趋势。结合硕特的保险丝和滤波器产品，对电动汽车的充电机电路保护及过流保护、过热保护作个浅述。

以典型的OBC电路拓扑为例，如下图：

图片来源：SCHURTER硕特 

从输入端开始，有交流保险丝，滤波器， PFC (Boost拓扑)，DC转换器 (FB拓扑)，变压器副边经整流滤波后变成直流电输出（250V－800V）。

选型分析和考虑：

（一）对于交流端的保险丝，
• 若是单相交流220V输入，推荐硕特产品有250V，10A－50A；
• 若是三相交流380V输入，推荐的硕特产品有SHT/SHF产品，500VAC， 32A。
• 此外，硕特也在开发更大电流的系列，以适应快充的趋势。

（二）PFC前的滤波器主要有纳米晶共模电感，可推荐硕特
• 单相的DKIH-1，300VAC；
• 三相的DKIH-3，600VAC；
• 若是PFC带中线，四相DKIH-4，500-760VAC。

（三）整流滤波输出端的FUSE2是一个直流端的保险丝，可考虑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，AEC-Q200测试标准。该直流保险丝还可用于高压辅助电源，空调，PTC加热器高压直流供电的应用场合等。

图片来源：SCHURTER硕特 

充电系统概述

遗憾的是，电动汽车没有标准化的充电方法。各国和各汽车厂商均有自己的技术和插头/插座组合。下面我们对当前最常用的系统以及其主要规范进行概述。

从潜在消费者的角度来看，大量不同的连接方式和充电标准似乎令人困惑。然而，在日常生活中，它并不像乍一看那样存在很多问题。不过，仍然需要简化的是访问授权和支付方式选择，尤其是对于公共充电桩而言。为了简便起见，应该可以使用万事达卡或信用卡支付，就像在加油站一样。做到这一点需要一些时间，但没有办法回避这一需求。

图片来源：SCHURTER硕特