某車(chē)型車(chē)載充電機(jī)自動(dòng)中斷充電問(wèn)題分析及優(yōu)化

麥慧敏

摘 要：某電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電機(jī)在充電過(guò)程中出現(xiàn)自動(dòng)中斷充電故障，反復(fù)驗(yàn)證3次均復(fù)現(xiàn)故障，每次充電時(shí)間10-30min不等。通過(guò)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)充電機(jī)內(nèi)部導(dǎo)熱膠在溫度上升后對(duì)濾波薄膜電容引腳產(chǎn)生應(yīng)力，拉脫其引腳，使濾波電路失效產(chǎn)生EMI干擾，導(dǎo)致BMS采樣精度紊亂（采集到充電電流超過(guò)閾值）發(fā)出停止充電指令。隨后，通過(guò)增加引腳塑封、增大散熱量的措施，可以有效解決該問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：充電中斷 熱脹冷縮 EMI

Analysis and Optimization of the Automatic Interruption of Charging of a Vehicle-Mounted Charger

Mai Huimin

Abstract：An electric vehicle on-board charger has an automatic interruption of charging failure during the charging process. It has been repeatedly verified that the automatic interruption occurs 3 times， and the charging time varies from 10 to 30 minutes. Through investigation， it is found that the thermal conductive glue inside the charger will stress the pin of the filter film capacitor after the temperature rises， the pin is pulled off， the filter circuit failure is made and EMI interference is caused， resulting in disorder of BMS sampling accuracy （collected charging current exceeds the threshold）， which send the stop-charging command. Subsequently， the problem can be effectively solved by increasing the plastic encapsulation of the pins and increasing the amount of heat dissipation.

Key words：charging interruption， thermal expansion and contraction， EMI

1 引言

車(chē)載充電機(jī)（OBC）是固定安裝在電動(dòng)汽車(chē)上用于控制和調(diào)整蓄電池充電的電能轉(zhuǎn)換裝置，由于大功率充放產(chǎn)生巨大的發(fā)熱量。為降低對(duì)內(nèi)部元器件壽命和性能的影響，要求高熱量的電子器件/芯片/MOSFET等必須與五金鑄模的殼體內(nèi)壁接觸，以有效實(shí)現(xiàn)熱傳遞。國(guó)內(nèi)企業(yè)早期采用殼體內(nèi)部灌滿(mǎn)導(dǎo)熱膠的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)熱傳遞，該方式除了能快速導(dǎo)熱外還起到各帶電元器件間的絕緣防護(hù)作用。但由于導(dǎo)熱膠的熱脹冷縮，對(duì)內(nèi)部元器件引腳的拉扯應(yīng)力長(zhǎng)期存在，從而破壞其引腳使功能失效。某車(chē)型的車(chē)載充電機(jī)曾出現(xiàn)過(guò)該失效模式，我們通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)，對(duì)比出問(wèn)題原因和措施效果，使問(wèn)題得到改進(jìn)。

2 問(wèn)題描述

某車(chē)型車(chē)載充電機(jī)不能充電，裝車(chē)復(fù)測(cè)3次，均出現(xiàn)自動(dòng)中斷充電，充電時(shí)間10min-30min不等。分別監(jiān)控充電機(jī)、BMS的報(bào)文，充電機(jī)報(bào)文顯示充電電流約為25A（與實(shí)際充電電流相符），但BMS報(bào)文顯示約為65A。當(dāng)在充電機(jī)輸出線(xiàn)束上加上磁環(huán)時(shí)，BMS報(bào)文充電電流回歸正常，充電機(jī)恢復(fù)充電功能，取消磁環(huán)后，故障復(fù)現(xiàn)。

檢測(cè)充電機(jī)輸出電流，發(fā)現(xiàn)電流曲線(xiàn)呈饅頭波，正常應(yīng)是直線(xiàn)波（圖1），測(cè)量濾波電路電容容值，總?cè)葜禐?0.285nF（正常約為125uF），表明濾波電路已不起作用。拆開(kāi)電路板，7顆并聯(lián)的濾波電容針腳與本體已脫離，電容與正負(fù)極銅條形成斷路。判斷可能充電機(jī)內(nèi)部導(dǎo)熱膠在溫度上升后對(duì)濾波薄膜電容引腳產(chǎn)生應(yīng)力，拉脫其引腳，充電機(jī)濾波電路損壞產(chǎn)生EMI干擾，BMS采集精度失真，采集到超高充電電流，超過(guò)BMS安全閾值，向充電機(jī)發(fā)出“停止充電”指令。

3 故障分析

3.1 臺(tái)架分析

為驗(yàn)證以上推斷，做冷熱沖擊試驗(yàn)：濾波電路側(cè)板灌膠7PCS，未灌膠4PCS，經(jīng)過(guò)10個(gè)冷熱循壞后，未灌膠樣件電容針腳無(wú)異常，灌膠樣件出現(xiàn)電容針腳脫離4PCS，故障再現(xiàn)。

將灌膠樣件的濾波電容減少到3顆、2顆、1顆分別做臺(tái)架試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨著電容的減少，溫度呈上升趨勢(shì)。只剩1顆時(shí)，溫度約為140℃，正常7顆電容時(shí)，溫度最高點(diǎn)約為108℃。而該電容規(guī)定的工作溫度為-55℃——125℃，長(zhǎng)期過(guò)載高溫、以及引腳虛接打火會(huì)引起元器件燒蝕。

3.2 原因小結(jié)

車(chē)載充電機(jī)EMI干擾增大的原因：充電過(guò)程中內(nèi)部溫度升高，導(dǎo)熱膠熱脹冷縮拉脫一部分濾波電容的針腳。當(dāng)被拉脫的電容數(shù)量越來(lái)越多時(shí)，余下電容的溫度隨之劇增，直至高溫引起電容燒蝕，導(dǎo)致濾波電路失效降低濾波效果，從而使車(chē)載充電機(jī)的EMI干擾增大。

根據(jù)以上失效原理，判定如下兩個(gè)措施可以解決該問(wèn)題：（1）通過(guò)增加外殼保護(hù)電容引腳;（2）優(yōu)化散熱條件：增大殼體厚度。

4 措施驗(yàn)證

4.1 電容增加外殼塑封

對(duì)電容增加外殼封裝，保護(hù)電容引腳焊接面，防止電容在外力條件下引腳受損，見(jiàn)圖4。

有封裝外殼與無(wú)封裝外殼電容交替安裝，見(jiàn)圖5，將試驗(yàn)樣件高溫存儲(chǔ)135℃，時(shí)間4H，低溫存儲(chǔ)-40℃，時(shí)間1H，交替循環(huán)。觀測(cè)電容引腳狀態(tài)和測(cè)試電容容值。經(jīng)過(guò)24次高低溫循環(huán)后，發(fā)現(xiàn)部分無(wú)外殼封裝的電容引腳開(kāi)裂，測(cè)試總電容容值偏小，見(jiàn)表5。

4.2 增大殼體厚度

更改前拔模角度1.2°，最薄處1.82mm，最厚處2.30mm。兩邊對(duì)稱(chēng)減小拔模角度到0.8°，兩側(cè)增料偏移1mm，最厚厚度增至約3.8mm，增強(qiáng)縱向?qū)崮芰?，以降低?cè)板的熱量。

將改進(jìn)前和改進(jìn)后的兩臺(tái)樣件，加上額定負(fù)載，當(dāng)內(nèi)部檢測(cè)溫度達(dá)到90度后，對(duì)比相同器件的溫度，通過(guò)溫度對(duì)比溫度，可見(jiàn)增厚鋁殼可降低溫度約10℃左右，見(jiàn)表6。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)分析驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)導(dǎo)熱膠在充電機(jī)工作過(guò)程發(fā)生熱脹冷縮，對(duì)元器件產(chǎn)生應(yīng)力，長(zhǎng)期加持會(huì)使元器件引腳疲勞損傷，功能失效。在設(shè)計(jì)零部件過(guò)程中，應(yīng)考慮零部件內(nèi)部的最高溫度對(duì)導(dǎo)熱膠的影響、以及避免使用引腳裸露的元器件。優(yōu)化后的充電機(jī)在整車(chē)上做耐久試驗(yàn)，未發(fā)生失效，滿(mǎn)足要求。