解析電動車充電架構

與安全保護解決方案

電動車的普及使得充電設備和充電技術成為人們關注的焦點之一，其中的充電安全性是保障電動車運行安全的重要環節，涉及到充電設備的選擇、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，并介紹充電設備的安全保護架構和注意事項，以及由 Murata（村田制作所）所推出的解決方案。

全球電動車充電應用市場呈指數增長

為支持各國政府的環境碳中和目標，當前全球的電動車充電應用市場呈指數增長，其中的250kW和350kW充電器預計將增長33%。電動車充電應用具有特定的技術要求，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，隨著開關頻率不斷增加，新一代碳化硅現在需要更高的水平，在局部放電方面，SiC需要能夠支持1200V，某些應用可能會增加到1500V。

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

另一方面，電動車的發展需要更高能量密度和更長的續航里程，因此高效能電池技術的研究和應用非常重要。例如，鋰離子電池和固態電池等新型電池技術的出現，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，各地政府和企業紛紛加大對充電基礎設施的建設投入，擴建充電站點和充電樁數量，以滿足日益增長的電動車需求。此外，智能充電管理系統的應用也越來越普遍，可以實現充電效率的大幅提升和充電設備的智能管理。

隨著可再生能源的發展和應用，電動車充電系統也開始整合可再生能源，例如太陽能充電站和風力發電充電設施，進一步降低充電過程的碳排放量。此外，無線充電技術也是未來的一個重要發展方向，通過傳感器和電磁場等技術，可以實現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

確保充電迅速又安全

電動車充電的技術架構包含多個重要組件和技術，其中包括充電器、充電控制系統、充電接口、充電網絡和智能系統、充電設備安全保護等部分，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換為直流電，以對電動車電池進行充電的設備，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。而公共充電樁則設置在公共場所或者商業區域，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部的充電設備，用于為車輛電池或內部電子設備進行充電。

充電控制系統則負責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。它可以監測電池的溫度、電壓和電流，并根據需求調整充電速率，以避免過充或過放電的情況發生。

充電接口是電動車與充電設備進行連接的接口，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，各地區和車型可能采用不同的接口標準。

充電網絡則包括充電站點、充電樁、充電管理系統等，構成了整個充電基礎設施。智能系統則通過互聯網、軟件和傳感器等技術，實現充電設備的智能管理、遠程監控和用戶服務，提高了充電系統的效率和便利性。

充電設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。電動車充電系統也通常會有防水、防塵和防火等設計，以應對不同環境和情況下的使用需求。

這些組件和技術共同構成了電動車充電的技術架構，為電動車的充電提供了基礎設施和安全保障。

確保電動車充電安全性

和可靠性至關重要

在電動車充電的過程中，充電的安全性與保護架構是至關重要的事項，其中需要注意充電設備的安全性、電池安全保護、防火防爆設計、正確的充電方式、充電環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。

在充電設備的安全性方面，應確保使用合格、認證的充電設備，避免使用損壞或者未經認可的設備，以確保充電過程的安全性，并定期檢查和維護充電設備，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。

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

此外，充電設備應具備防火防爆設計，例如預防短路、過載和過壓等情況發生，減少火災和爆炸的風險，并使用防火防爆材料和結構設計，提高充電設備的安全性和可靠性。

另一方面，應根據電動車的型號和規格，選擇正確的充電方式和充電設備，避免因充電方式不當而導致安全問題，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，要確保充電設備和電池處于安全的環境中，避免潮濕、高溫或者在有爆炸危險的場所進行充電。操作充電設備時要專注并遵循操作指南，避免操作失誤或者不當操作導致的安全隱患。

滿足電動車充電器需求的

柵極驅動 DC-DC 轉換器

Murata 推出了一系列專門為柵極驅動電路設計的柵極驅動 DC-DC 轉換器，通常用于新能源、運動與控制、移動性和醫療保健解決方案中。這些產品具有很低的隔離電容3pF、優化的 IGBT/SiC 和 MOS 柵極驅動的雙極輸出電壓，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用的主要產品包括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轉換器，非常適合為橋式電路中的 IGBT/MOSFET、SiC 和 GaN 柵極驅動器的“高側”和“低側”柵極驅動電路供電。選擇不對稱輸出電壓可實現理想驅動電平，從而實現理想的系統效率和EMI。MGJ1 SIP系列與MGJ2B系列的特點是滿足電機驅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構，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 的連續阻擋耐壓，以及 6mm 爬電距離和電氣間隙，優化的輸出電壓旨在滿足技術水平居前的 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 柵極驅動器優化的雙極輸出電壓，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，都支持連續阻擋耐壓 2.4kVDC，以及局部放電性能特性，均采用 SIP 封裝。

結語

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節，需要綜合考慮充電設備的安全性、電池管理、防火防爆設計，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與系統，將可借助 Murata 的一系列 DC-DC 轉換器來實現。