原创 设计车载充电器的考虑因素

  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
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  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。