摘要：电动汽车内电磁干扰不仅影响电子设备的工作特性，严重时可能引起控制系统失灵、信号中断等事故，直接影响到汽车的安全驾驶。为满足高度集成化的设计趋势，有效降低汽车内部件体积，充分利用车内空间，改善车内布局，将车载充电机（OBC）、高压配电盒、DC-DC组成了三合一总成模块。目前车载充电机（OBC）应用中，主要应用交错并联式PFC、无桥PFC、软开关技术、谐振技术、数字控制等技术。充电机工作时伴随高电压、大电流以及开关管频繁开断，如果不能有效抑制由此产生的高次谐波，会导致充电时间增加，污染电网，电子元件过热损坏，因此对三合一总成的电磁干扰研究具有重要意义。

关键词：充电中断; 热胀冷缩; EMI干扰

引言

车载充电机通常布置在空间有限的车体内，因此对其功率密度和可靠性提出了更高要求。传统的车载充电机为保持直流母线电压恒定，需要在直流母线上并联一个数值较大的直流母线电容，该直流母线电容一般采用电解电容，电解电容的容量比较大，串联电阻较大，感抗较大，对温度敏感。它适用于温度变化不大、工作频率不高的场合。铝电解电容具有极性，安装时必须保证正确的极性，否则有爆炸的危险。同时电解电容的寿命可靠性通常相对较低，且体积也较大。为了提高产品的可靠性，通常将母线上的电解电容去掉，取而采用了容值较小，承受高的有效电流的能力强，能承受反向电压，同时长奉命的薄膜电容，以提高整个系统的使用寿命。

1 CC-CV充电

对于电动汽车而言，锂电池因其具有高能量密度、高循环使用寿命等优点而被广泛地用于车载动力电池组。为了提升充电效率，减小充电过程对动力电池的损坏，在脉冲充电法、CC-CV充电法、多段恒流充电法等众多充电算法中，电动汽车常采用CC-CV充电方式。CC-CV充电时电池组的端电压在250V～420V之间变化，因此车载充电机后级DC-DC变换器需要提供250V～420V的输出电压以适用于CC-CV充电。当输出电压变化时，系统效率也随之变化，这对车载充电机变换器的设计提出了更高的要求：宽电压（高增益）调节能力;高转换效率、软开关性能;高功率密度需求。

近来， LLC拓扑以其高效，高功率密度受到广大电源设计工程师的青睐，但是这种软开关拓扑对MOSFET的要求却超过了以往任何一种硬开关拓扑。特别是在电源启机，动态负载，过载，短路等情况下。CoolMOS 以其快恢复体二极管，低Qg 和Coss能够完全满足这些需求并大大提升电源系统的可靠性。因此现在OBC后级DC-DC越来越多的使用LLC电路。但要发挥LLC的效率优势，必须让它工作在谐振频率点附近。因此在应用OBC宽输出范围时的效率问题时，一般都是通过调整前级PFC的输出电压，让后级LLC长时间工作在谐振点附近。以达到在宽输出范围内都能实现高的转换效率。

目前的交流充电的功率普遍还比较小，一般只有3.3KW，6.6KW，或是11KW;而现在的直流快充的充电桩一般都在40KW以上，多的上百KW，甚至达几百KW。因此通常情况下，整车在交流充电时绝大多数情况下都为恒流充电方式，充电末端，也就是快充满时才会恒压充电。

2问题描述

某车型车载充电机不能充电，装车复测3次，均出现自动中断充电，充电时间10min30min不等。通过对充电机和BMS的报文进行分析，发现充电机报文显示充电电流约为25A（与实际充电电流相符），但BMS报文显示约为65A。当在充电机输出线束上加上磁环时，BMS报文充电电流回归正常，电流显示由65A回到25A，充电机恢复充电功能，同时工作2小时也没有出现充电中断的情况。取消磁环后，故障现象再次复现。用示波器通过电流探头检测充电机输出电流，发现电流曲线呈馒头波，频率为充电机后级开关频率的的两倍;（正常应是直线波），同时波形里还掺杂了很多高频的干扰信息，也就是有很多毛刺。测量滤波电路电容容值，总容值为20.285nF（正常约为125uF），表明滤波电路已不起作用。拆开电路板，7颗并联的滤波电容针脚与本体已脱离，电容与正负极铜条形成断路。对故障电容进行查看地，发现电容与PCB之间有固定胶，同时固定胶有膨胀挤压电压的痕迹。因而判断可能充电机内部固定胶在温度上升后对滤波薄膜电容引脚产生应力，拉脱其引脚，造成电容与主电路断开，使得充电机滤波电路损坏产生EMI干扰。从面导致BMS采集精度失真，采集到超高充电电流，超过BMS安全阈值，向充电机发出“停止充电”指令。充电机收到“停止充电”指令后，指令指令，关闭充电功率输出。从而出现了充电机中断的现象。

3车载充电机自动中断充电问题的优化

以具以上看到的现象和分析，认为造成问题出现的原因主要是OBC的输出电容的固定胶在受热后膨胀导致电容脱落;从而导致干扰增加，干扰到BMS的采样，使得BMS采样到的电流偏大，从而误触发保护，并控制OBC停止充电。为彻底解决车电机自动中断充电的问题，主在考虑从以下几个方面着手。

3.1 避免电容断开措施

为了避免在使用过程中因固定胶等因热胀冷缩让电容承受应力而引脚断裂，从面导致电容与电路断开。考虑到固定胶在此应用中是为了解决振动问题，因此不能完全取消固定胶在电容上的使用。因此采取了将固定胶涂覆于电容侧面和顶部的方式来将多个电容固定在一起，以保证抗振动性能。

3.2 PDU传导干扰的抑制

对PDU直流侧输出功率线外加了屏蔽丝网，同时确保屏蔽丝网的接地良好。通过增大表面积来减小趋肤效应的影响;直流信号线加入磁环滤波，金属外壳进行打磨并加入导电泡棉使其接地更牢靠;线束规划缩短线路长度，对处理前后的PDU进行传导干扰测试。根据实验结果发现通过上述抑制措施处理后，PDU在1MHz附近的超标点被抑制，通过以上方法可以对PDU的传导干扰起抑制作用。

3，对采样电路的优化

当OBC的输出电容开路时，OBC工作时的功率管开关会产生正常工作情况下多得多的高频干扰信息，这些干扰信息多表现为不规则的毛刺。这些信息通过BMS的采样回路被BMS里的MCU采样到，并参与到电流的计算中，导致BMS的电流计算出现偏差。

为解决这些干扰信号对采样的影响，优化BMS的电流采样回路，可以依据干扰信息的特征加大MCU采样端口的滤波电容，或是再增加一级滤波电路。

4.3BMS采样滤波方式优化

BMS对电流的采样是照一定时间间隔A t在模拟信号x（t）上逐点采取其瞬时值。它是通过采样脉冲和模拟信号相乘来实现的。采样间隔的选择和信号混淆对模拟信号采样首先要确定采样间隔。如何合理选择At涉及到许多需要考虑的技术因素。一般而言，采样频率越高，采样点数就越密，所得离散信号就越逼近于原信号。但过高的采样频率并不可取，对固定长度（T）的信号，采集到过大的数据量（N=T/At），给计算机增加不必要的计算工作量和存储空间。本案例中因OBC输出为馒头波，如果大多采样都在波峰时，BMS计算出来的电流就会偏大很多。

为解决馒头波的采样问题，我们在采样时，一定要增加采样频率，至少保证一个馒头小周期里能采样十次以上。（如果因MCU性能问题不能满足这样的采样要求，建议使用加大硬件滤波的方式将馒头波滤成直流后再进行采样和计划。）同时依据馒头波的情况加入数字低通滤波器。从面保证BMS采样电流的正确性。

结束语

经分析验证发现固定胶在充电机工作过程发生热胀冷缩，对元器件产生应力，长期加持会使元器件引脚疲劳损伤，功能失效。在设计零部件过程中，应考虑零部件内部的最高温度对导固定的影响、优化固定胶涂覆的方式。优化后的充电机在整车上做耐久试验，未发生失效，满足要求。同时为了提高整车系统的鲁棒性提出了针对布线，BMS的采样等方式提出了优化建议。

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