某車型車載充電機自動中斷充電問題分析及優化

麥慧敏

摘 要：某電動汽車車載充電機在充電過程中出現自動中斷充電故障，反復驗證3次均復現故障，每次充電時間10-30min不等。通過調查，發現充電機內部導熱膠在溫度上升后對濾波薄膜電容引腳產生應力，拉脫其引腳，使濾波電路失效產生EMI干擾，導致BMS采樣精度紊亂（采集到充電電流超過閾值）發出停止充電指令。隨后，通過增加引腳塑封、增大散熱量的措施，可以有效解決該問題。

關鍵詞：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

車載充電機（OBC）是固定安裝在電動汽車上用于控制和調整蓄電池充電的電能轉換裝置，由于大功率充放產生巨大的發熱量。為降低對內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壁接觸，以有效實現熱傳遞。國內企業早期采用殼體內部灌滿導熱膠的方案來實現熱傳遞，該方式除了能快速導熱外還起到各帶電元器件間的絕緣防護作用。但由于導熱膠的熱脹冷縮，對內部元器件引腳的拉扯應力長期存在，從而破壞其引腳使功能失效。某車型的車載充電機曾出現過該失效模式，我們通過臺架試驗，對比出問題原因和措施效果，使問題得到改進。

2 問題描述

某車型車載充電機不能充電，裝車復測3次，均出現自動中斷充電，充電時間10min-30min不等。分別監控充電機、BMS的報文，充電機報文顯示充電電流約為25A（與實際充電電流相符），但BMS報文顯示約為65A。當在充電機輸出線束上加上磁環時，BMS報文充電電流回歸正常，充電機恢復充電功能，取消磁環后，故障復現。

檢測充電機輸出電流，發現電流曲線呈饅頭波，正常應是直線波（圖1），測量濾波電路電容容值，總容值為20.285nF（正常約為125uF），表明濾波電路已不起作用。拆開電路板，7顆并聯的濾波電容針腳與本體已脫離，電容與正負極銅條形成斷路。判斷可能充電機內部導熱膠在溫度上升后對濾波薄膜電容引腳產生應力，拉脫其引腳，充電機濾波電路損壞產生EMI干擾，BMS采集精度失真，采集到超高充電電流，超過BMS安全閾值，向充電機發出“停止充電”指令。

3 故障分析

3.1 臺架分析

為驗證以上推斷，做冷熱沖擊試驗：濾波電路側板灌膠7PCS，未灌膠4PCS，經過10個冷熱循壞后，未灌膠樣件電容針腳無異常，灌膠樣件出現電容針腳脫離4PCS，故障再現。

將灌膠樣件的濾波電容減少到3顆、2顆、1顆分別做臺架試驗，發現隨著電容的減少，溫度呈上升趨勢。只剩1顆時，溫度約為140℃，正常7顆電容時，溫度最高點約為108℃。而該電容規定的工作溫度為-55℃——125℃，長期過載高溫、以及引腳虛接打火會引起元器件燒蝕。

3.2 原因小結

車載充電機EMI干擾增大的原因：充電過程中內部溫度升高，導熱膠熱脹冷縮拉脫一部分濾波電容的針腳。當被拉脫的電容數量越來越多時，余下電容的溫度隨之劇增，直至高溫引起電容燒蝕，導致濾波電路失效降低濾波效果，從而使車載充電機的EMI干擾增大。

根據以上失效原理，判定如下兩個措施可以解決該問題：（1）通過增加外殼保護電容引腳;（2）優化散熱條件：增大殼體厚度。

4 措施驗證

4.1 電容增加外殼塑封

對電容增加外殼封裝，保護電容引腳焊接面，防止電容在外力條件下引腳受損，見圖4。

有封裝外殼與無封裝外殼電容交替安裝，見圖5，將試驗樣件高溫存儲135℃，時間4H，低溫存儲-40℃，時間1H，交替循環。觀測電容引腳狀態和測試電容容值。經過24次高低溫循環后，發現部分無外殼封裝的電容引腳開裂，測試總電容容值偏小，見表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。兩邊對稱減小拔模角度到0.8°，兩側增料偏移1mm，最厚厚度增至約3.8mm，增強縱向導熱能力，以降低側板的熱量。

將改進前和改進后的兩臺樣件，加上額定負載，當內部檢測溫度達到90度后，對比相同器件的溫度，通過溫度對比溫度，可見增厚鋁殼可降低溫度約10℃左右，見表6。

5 結語

經分析驗證發現導熱膠在充電機工作過程發生熱脹冷縮，對元器件產生應力，長期加持會使元器件引腳疲勞損傷，功能失效。在設計零部件過程中，應考慮零部件內部的最高溫度對導熱膠的影響、以及避免使用引腳裸露的元器件。優化后的充電機在整車上做耐久試驗，未發生失效，滿足要求。