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[讨论] 设计车载充电器的考虑因素

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纯净的硅(中级)

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发表于 2010-3-19 14:07:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
在Delta-Q的网站上,找到几篇文章,还是觉得不错的,而其中一篇涉及到了车载充电器设计的一些难点,我大概整理出来供同行参考。
Chargers  Integral to PHEV Success

   充电器面临的首要问题是,它既是车载的又要符合电网安全的规定。因此车载的一面它需要符合
  SAE的标准J1772
   必须具有OBD在线诊断的功能,需符合FCC,CISPR协会关于模块的电磁兼容性标准。
   需要符合安全规范,如UL的标准(专门的车载大功率充电器似乎还在制定之中,可参考UL 1564-1993工业蓄电池充电器)。
   就系统设计而言,充电器需要符合快速充电的需求。
   Plug-in严格可以划分成两种,低历程的插入式可充电的混合动力车与延长历程的混合动力车。整车设计的里程不同,电池的容量也不同。以美国为 例,110VAC的家庭电源,安规规定用电单元电流15A以下,因此充电器的为1600W。与之相对的中国的充电器设计功率可达到3300W。
    因此充电器首要面临的问题就是提高充电效率。能量转换过程中损失的部分转化成为了热能,以90%为例,1600×10%=160W在充电过程中,这些热能 将对充电器带来很高的散热要求。因此设计的目标是达到高效的电源转换设计,用更少的输入功率,提供相同的功率输出,某种程度上,充电时间的长短也决定了客 户的满意度和使用的便捷程度。
  理论上,充电器可采取不同的冷却方式,包括自然冷却,风冷,液体冷却。

自然冷却:这是最简单的方法,通过对流冷却或传导冷却,这是因为没有采用主动冷却 系统的,实际上这是行不通的,因为汽车的充电环境温度可能很高,在高温下,自然冷却的效率急剧减小,很容易使得充电器处于危险的状态。
风冷:采用 空气散热和导电表面处理热负荷,风冷适合充电器只在1.5千瓦以下(需要一个很大的风扇对着吹),风扇的寿命也是一个很大的问题。另外一个因素,一旦过分 增加了散热面积,使得散热片很薄,在汽车运行的时候的振动与冲击环境下,充电器可能经受的挑战会很大。
液体冷却:适用于任何功率级别的充电,大功 率充电器的不二选择。不过一个巨大的问题也摆在眼前,水泵摆在哪里?如果和电池一起,水箱中的水需要很长一段距离才能到达。而且,当汽车充电的时候,其他 模块并不工作,虽然充电器的效率较高,但是加上水泵消耗的功率,这又是一个问题。加上考虑水的压力问题,实际上整车设计可能考虑更多。


系 统安全性的问题
充电器的设计也要考虑干扰跳闸(由其他负载加载到电网中)和触电危险。接地故障断路器(漏电开关)插座及断路器也需要考虑设计在充 电器的电源输入端。接地故障断路器实际上对高频电源拓扑的噪声是很敏感的。
充电器设计成密闭结构,防水防尘是设计时候需要注意的问题,尺寸和重量 也是考较的因素之一。
一般的,充电包括AC-DC,PFC功率因素校正与DC-DC三部分,其中PFC的效率至关重要。
充电器需要具有丰 富的诊断与通信功能(与汽车控制模块,与电池管理单元,甚至是电网管理单元),确保电网与充电器的安全。
由于目前电池的成本占到整个电控器系统的 30%以上,关于电池的发展与优化是研究的重点,不同的电池可能有不同的需求,这就需要将充电器考虑多种配置与兼容性。
充电器按照不同整车厂的配 置,可能安装在不同的位置,后备箱,发动机舱等不同的安装位置,因此需要有不同的安装方式与散热考虑,面对不同的需求,可能需要考虑不同的预案。



此帖出自汽车电子论坛


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一粒金砂(中级)

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发表于 2010-3-19 14:19:44 | 显示全部楼层
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