解析電動車充電架構(gòu)與安全保護解決方案

解析電動車充電架構(gòu)

與安全保護解決方案

電動車的普及使得充電設(shè)備和充電技術(shù)成為人們關(guān)注的焦點之一，其中的充電安全性是保障電動車運行安全的重要環(huán)節(jié)，涉及到充電設(shè)備的選擇、操作方式的合理性，以及充電過程中的安全保護措施等多個方面。本文將探討電動車充電安全性的重要性，并介紹充電設(shè)備的安全保護架構(gòu)和注意事項，以及由 Murata（村田制作所）所推出的解決方案。

全球電動車充電應(yīng)用市場呈指數(shù)增長

為支持各國政府的環(huán)境碳中和目標，當(dāng)前全球的電動車充電應(yīng)用市場呈指數(shù)增長，其中的250kW和350kW充電器預(yù)計將增長33%。電動車充電應(yīng)用具有特定的技術(shù)要求，例如需要很低的隔離電容，通常需小于5pF，理想情況下為3pF，且在設(shè)計上更需要考慮共模瞬變抗擾度（CMTI）的要求，在dV/dt抗擾度方面，隨著開關(guān)頻率不斷增加，新一代碳化硅現(xiàn)在需要更高的水平，在局部放電方面，SiC需要能夠支持1200V，某些應(yīng)用可能會增加到1500V。

此外，隨著電動車的普及，急速充電技術(shù)得到了大幅度的改進。例如，直流快充（DC Fast Charging）技術(shù)可以在短時間內(nèi)將電池充滿，提高了用戶的便利性和使用體驗。

另一方面，電動車的發(fā)展需要更高能量密度和更長的續(xù)航里程，因此高效能電池技術(shù)的研究和應(yīng)用非常重要。例如，鋰離子電池和固態(tài)電池等新型電池技術(shù)的出現(xiàn)，使得電池的能量密度和充放電效率得到了顯著提升。

為了吸引更多消費者采購電動車與搶占充電站商機，各地政府和企業(yè)紛紛加大對充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)投入，擴建充電站點和充電樁數(shù)量，以滿足日益增長的電動車需求。此外，智能充電管理系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越普遍，可以實現(xiàn)充電效率的大幅提升和充電設(shè)備的智能管理。

隨著可再生能源的發(fā)展和應(yīng)用，電動車充電系統(tǒng)也開始整合可再生能源，例如太陽能充電站和風(fēng)力發(fā)電充電設(shè)施，進一步降低充電過程的碳排放量。此外，無線充電技術(shù)也是未來的一個重要發(fā)展方向，通過傳感器和電磁場等技術(shù)，可以實現(xiàn)不需要插線即可對電動車進行充電，提高了使用便利性和充電安全性。

完善的電動車充電架構(gòu)

確保充電迅速又安全

電動車充電的技術(shù)架構(gòu)包含多個重要組件和技術(shù)，其中包括充電器、充電控制系統(tǒng)、充電接口、充電網(wǎng)絡(luò)和智能系統(tǒng)、充電設(shè)備安全保護等部分，來確保電動車充電迅速、有效、安全地施行。

充電器是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，以對電動車電池進行充電的設(shè)備，充電器的類型包括家用充電器、公共充電樁、急速充電器、車載充電器等。家用充電器通常用于家庭或者工作場所，功率較低，充電速度較慢。而公共充電樁則設(shè)置在公共場所或者商業(yè)區(qū)域，提供給大眾使用。急速充電器則擁有更高的功率輸出，可以在短時間內(nèi)將電動車充滿電，提高了充電效率和便利性。車載充電器則是一種安裝在汽車內(nèi)部的充電設(shè)備，用于為車輛電池或內(nèi)部電子設(shè)備進行充電。

充電控制系統(tǒng)則負責(zé)管理充電過程中的電流和電壓，確保電動車電池的安全充電和正常運作。它可以監(jiān)測電池的溫度、電壓和電流，并根據(jù)需求調(diào)整充電速率，以避免過充或過放電的情況發(fā)生。

充電接口是電動車與充電設(shè)備進行連接的接口，通常位于電動車的車身或者充電口上。常見的充電接口包括 Type 1、Type 2、CHAdeMO、CCS 等不同標準，各地區(qū)和車型可能采用不同的接口標準。

充電網(wǎng)絡(luò)則包括充電站點、充電樁、充電管理系統(tǒng)等，構(gòu)成了整個充電基礎(chǔ)設(shè)施。智能系統(tǒng)則通過互聯(lián)網(wǎng)、軟件和傳感器等技術(shù)，實現(xiàn)充電設(shè)備的智能管理、遠程監(jiān)控和用戶服務(wù)，提高了充電系統(tǒng)的效率和便利性。

充電設(shè)備通常配備有安全保護功能，包括過流保護、過壓保護、過溫保護等，以確保充電過程中的安全性和可靠性。電動車充電系統(tǒng)也通常會有防水、防塵和防火等設(shè)計，以應(yīng)對不同環(huán)境和情況下的使用需求。

這些組件和技術(shù)共同構(gòu)成了電動車充電的技術(shù)架構(gòu)，為電動車的充電提供了基礎(chǔ)設(shè)施和安全保障。

確保電動車充電安全性

和可靠性至關(guān)重要

在電動車充電的過程中，充電的安全性與保護架構(gòu)是至關(guān)重要的事項，其中需要注意充電設(shè)備的安全性、電池安全保護、防火防爆設(shè)計、正確的充電方式、充電環(huán)境和操作等多個方面進行考慮和措施，以確保充電過程的安全性和可靠性。

在充電設(shè)備的安全性方面，應(yīng)確保使用合格、認證的充電設(shè)備，避免使用損壞或者未經(jīng)認可的設(shè)備，以確保充電過程的安全性，并定期檢查和維護充電設(shè)備，確保其正常運作和安全性能，例如檢查充電樁、充電線和接口的狀態(tài)。

電池的安全保護也相當(dāng)重要，在充電過程中，要確保電池的溫度和電壓處于安全范圍內(nèi)，避免過熱或過冷以及過充或過放電的情況發(fā)生，并使用具有電池管理系統(tǒng)（BMS）的充電設(shè)備，能夠監(jiān)控和調(diào)節(jié)充電過程中的電流和電壓，確保電池的安全性和壽命。

此外，充電設(shè)備應(yīng)具備防火防爆設(shè)計，例如預(yù)防短路、過載和過壓等情況發(fā)生，減少火災(zāi)和爆炸的風(fēng)險，并使用防火防爆材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高充電設(shè)備的安全性和可靠性。

另一方面，應(yīng)根據(jù)電動車的型號和規(guī)格，選擇正確的充電方式和充電設(shè)備，避免因充電方式不當(dāng)而導(dǎo)致安全問題，并避免長時間急速充電或者過度放電，以確保電池的安全性和壽命。

在充電過程中，要確保充電設(shè)備和電池處于安全的環(huán)境中，避免潮濕、高溫或者在有爆炸危險的場所進行充電。操作充電設(shè)備時要專注并遵循操作指南，避免操作失誤或者不當(dāng)操作導(dǎo)致的安全隱患。

滿足電動車充電器需求的

柵極驅(qū)動 DC-DC 轉(zhuǎn)換器

Murata 推出了一系列專門為柵極驅(qū)動電路設(shè)計的柵極驅(qū)動 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，通常用于新能源、運動與控制、移動性和醫(yī)療保健解決方案中。這些產(chǎn)品具有很低的隔離電容3pF、優(yōu)化的 IGBT/SiC 和 MOS 柵極驅(qū)動的雙極輸出電壓，直流鏈路電壓最高可承受3KV，并針對局部放電提供高可靠性，dv/dt 抗擾度在 1.6kV 下可達 80kV/μS。其中適用于電動車充電應(yīng)用的主要產(chǎn)品包括MGJ1 SIP、MGJ2B、MGJ1/MGJ2、MGJ3/MGJ6、NXE、NXJ系列。

Murata 新推出的 MGJ1 SIP 系列與 MGJ2B 系列 DC-DC轉(zhuǎn)換器，非常適合為橋式電路中的 IGBT/MOSFET、SiC 和 GaN 柵極驅(qū)動器的“高側(cè)”和“低側(cè)”柵極驅(qū)動電路供電。選擇不對稱輸出電壓可實現(xiàn)理想驅(qū)動電平，從而實現(xiàn)理想的系統(tǒng)效率和EMI。MGJ1 SIP系列與MGJ2B系列的特點是滿足電機驅(qū)動和逆變器中使用的橋式電路中常見的高隔離和dv/dt要求，而MGJ1 SIP系列與MGJ2B系列的高工作溫度額定值和結(jié)構(gòu)，可提供較長的使用壽命和可靠性。

MGJ1 SIP 系列與 MGJ2B 系列均具有 2.4kV 的連續(xù)阻擋耐壓，以及 6mm 爬電距離和電氣間隙，優(yōu)化的輸出電壓旨在滿足技術(shù)水平居前的 IGBT/SiC 和 MOSFET 器件的要求，MGJ1 SIP 系列支持額定功率 1W 的 300Vrms 加強絕緣，MGJ2B 系列則支持額定功率 2W 的 300Vrms 加強絕緣。

MGJ1 SIP系列與MGJ2B系列可針對IGBT/MOSFET、SiC 和 GaN 柵極驅(qū)動器優(yōu)化的雙極輸出電壓，強化絕緣符合 UL62368-1 認證，目前針對 ANSI/AAMI ES60601-1、1 MOPP/2 MOOP 等標準的合規(guī)仍待定，MGJ1 SIP 系列通過 5.2kVDC 隔離測試電壓“耐壓測試”，MGJ2B 系列則通過 5.4kVDC 隔離測試電壓“耐壓測試”，兩者均具有很低的隔離電容，均支持 5V、12V、15V 和 24V輸入，MGJ1 SIP 系列支持+6V/-3V、+15V/-3V、+15V/-5V、+15V/-9V、+18V/-2.5V 和 +20V/-5V 輸出，MGJ2B 系列則支持 +15V/-3V、+15V/-5V、+15V/-8.7V、+15V/-15V、+17V/-9V、+18V/-2.5V、+18V/-5V3、+20V/-3.5V和 +20V/-5V 輸出，兩個系列的工作溫度均可達 105℃，CMTI 均大于 200kV/μS，都支持連續(xù)阻擋耐壓 2.4kVDC，以及局部放電性能特性，均采用 SIP 封裝。

結(jié)語

電動車充電安全性是保障電動車正常運行和用戶安全的重要環(huán)節(jié)，需要綜合考慮充電設(shè)備的安全性、電池管理、防火防爆設(shè)計，以及充電操作的正確性等方面，可以有效提高充電過程的安全性和可靠性。本文所介紹的電動車充電安全保護架構(gòu)與系統(tǒng)，將可借助 Murata 的一系列 DC-DC 轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)。