（深圳市永联科技股份有限公司 广东深圳 518055）
摘要：国务院在2012年发布了中国能源政策白皮书，强调中国能源必须向清洁能源健康发展。全国各地区都在积极响应国家号召，目前深圳是全国第一个全面公交电动化城市，公交汽车、出租车已全面替代了传统燃油车。为有效保证新能源汽车充电及时性及安全性，就必须强调新能源汽车充电桩的高质量高可靠性。充电模块是充电桩中的核心技术功率单元，承担充电功率输出，是充电桩的心脏。
关键词：清洁能源；电动化；充电桩；充电模块
引言
随着社会经济的飞速发展及人民的生活水平的快速提高，汽车已成为一种普通的消费品正进入千家万户。随着全世界正在倡导对环境的保户，电动汽车更成为当前主流，正在全面替换原有燃油车，德国已提出在2035年前全面停止生产燃油车，全面电动化。我国也已出台了相应政策大力推行新能源电动出行，全面支持电动汽车产业及充电设施充电桩建设，全国各地都在争先恐后地建设不同规模的充电站、充电桩；充电模块是充电桩的核心部件，充电桩的质量可靠性及安全性直接制约新能源汽车充电的速度、安全；目前充电桩市场上主流充电模块有：15KW充电模块及20KW充电模块。本文中的超级恒功率充电模块是20KW模块，是深圳市永联科技股份有限公司自主知识产权的超高性能NXR系列充电模块（比起同行普通模块有充电快、宽输入、恒功率电压段宽、超低功耗及超宽工作温度范围等优点）。本文通过对充电桩充电模块失效进行分析，为模块大规模生产提供前期技术参考，保证充电模块高可靠性，给新能源汽车充电提供及时的、安全、快速的电能。
1.现场问题描述
我司20KW NXR75030系列充电模块是电动汽车直流充电桩产品的核心功率组件，近期合肥客户反馈了充电站出现一台模块不良情况：模块在正常运行约1天时间后出现了炸机（现场直流充电桩情况为1个60KW充电桩，共使用3个20KW NXR75030模块）。
相关图示如下：
2.模块失效问题分析
1）本司对不良模块进行拆解后发现失效器件有：上母线电容的TVS管已炸裂、U2 PCBA板上的U52的EEPROM器件的2，3，4脚出现连锡、U1板下母线TVS管D22失效、输入保险丝F2、输入保险丝F6、MOSFET Q3及MOSFET Q5失效。
2）U52的EEPROM器件的2，3，4脚出现连锡后直接会造成EEPROM读出来的环路参数数据异常，最终导致DC输出电压环路出现震荡，引发母线过压，而后导致上母线电容的TVS管炸裂。
3.模块失效原因验证
3.1我司的20KW NXR75030充电桩模块的工作环境温度为+60℃~ -40℃，由于不同环温下电解电容器件的ESR、容值等特性会发生变化，为保证在宽范围环温下模块的各项输出指标最优，我司采取在不同环温下使用不同环路参数的策略.上电后DSP中默认的DC板环路参数为常温参数，如果检测到环温超出常温环路参数的适用范围，则会根据面板环境温度切入对应的环路参数，环路参数就存储在位号为U52的EEPROM中。经测试，该引脚连锡后的EEPROM无法读出任何数据。
3.2我司的20KW NXR75030模块的环路切换点在10℃，当环温低于10℃如果仍使用常温下环路参数，则在负载动态变化的工况下，存在输出电压环路震荡的风险，这会进一步造成母线纹波变大，母线严重偏压、过压等问题。
3.3我们在实验室的恒温恒湿箱中模拟了上述条件进行试验，实验模块2台，实验环境温度-5℃，环路参数为常温参数，试验结果如下：
1#号模块在输出750V，30A的工况下会反复出现母线电压偏压的告警，半母线电压的瞬态过冲最高为480V，当出现10次左右母线偏压后，位号为D22的母线TVS管由于过热炸裂，同时造成U1板MOSFET Q1 Q3 DS直通，输入保险F3及 F5烧断，模块直接掉电无法再起。
2#号模块在第4次出现母线偏压后，后台同时出现OCP告警，经拆解检查发现U2板全桥拓扑的MOSFET Q4 由于过压导致DS直通。
而后后将1#2#两个模块维修好后写入正常的低温下环路参数，重复上述实验，均未发现任何异常。
3.4据悉合肥地区当时环境温度在0℃~-10℃，因此满足上面的触发条件.我司出库的模块样机是在实验室内进行老化测试，环温一般都维持在20 ℃以上，因此没有及时发现该问题。
综上所述，失效原因定位为加工作业不规范，导致U2板EEROM出现引脚间连锡，致U2板低温环路参数无法读出，从而导致在环境温度低于10℃时输出电压环路震荡和母线过压，部分器件因反复过压出现失效。
如下拆机后的图示：
4.结束语
充电模块的生产是个系统工程，从来料、SMT加工、半成品DIP、单板测试、单板三防漆喷涂、整机老化测试等各个环节都非常重要，通过对此案例进行分析就是重点要强调产品的生产必须严格参照生产工艺指导文件要求进行生产、加工、生产及检验，否则产品质量无法保证；否则产品有可能在常态温度是合格的，然而在低温或高温时就出现问题。充电桩及充电模块所处的充电环境是多变的（一般都是户外型），所以充电模块生产企业必须每时每刻保持对工艺水平的全程控制。且企业对产品每批次出货前要做好相应的抽样检测，不仅只对基本电性能测试，对环境可靠性测试也很有必要，这样可以更全面保证充电高稳定性。为保证电动汽车充电产业安全高效发展，国家能源局及中电联对充电模块产品制定了产品标准NB/T 33001 及NB/T 33008.1来约束制造企业，保证行业健康发展。
参考文献：
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[2] 林峰.电动汽车充电设施建设分析及展望[J].通讯世界.2017（16）
[3] 张臻，单栋梁，王聪慧等.充电设施耐候性研究 [J].电器与能效管理技.2018（18）
论文作者:肖汤波
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/13
标签：模块论文; 环路论文; 母线论文; 参数论文; 偏压论文; 电压论文; 新能源论文; 《电力设备》2019年第3期论文;