充电过程中S-box故障无法上电，是充电桩还是车的问题？

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）最近有朋友的某款主流电车在充电过程中出现故障，无法上电，到4S店检查后原因是S-box故障，要换S-BOX总成处理（含


熔断


、继电器、采样线束集成）。




S-box即安全盒，也被称为BUD（Bat


te


ry Disconnect Unit，电池断路单元），一般位于电池包，是电芯与外部


高压


系统的保护组件，起到电池总闸、


保险丝


、电表等作用，负责控制电池包通断和保护。




T-box一般由主负接触器、预充接触器、预充电阻、熔丝、


电流


电压


传感器


等组成。所以这个部件出现故障，最常见的是充电过程中大电流导致高温熔断继电器触点，形成烧结粘连；或是充电过流或高压回路短路造成熔丝熔断，导致高压回路完全断开。




一般这种情况很难界定是


充电桩


端的问题还是车的问题，因此在开头提到的故障案例中，目前事故责任划分还在与各方拉扯，没有定论。




常见的情况是，当充电过程中，充电桩因急停按钮被按、跳闸、停电、


通信


中断或故障而突然停止输出，车辆侧BMS 检测到充电中止，立即发出指令断开S-box内的充电接触器。




但这个时候接触器两端仍承受直流电压、数十安培电流，即带载断开。直流电弧无法自然熄灭，如果灭弧能力不足或腔体密封老化，电弧持续灼烧触点，金属熔融后冷却就会出现粘连。




所以，如果解决电弧的问题，是不是就能规避这类故障？这个时候可能不少人跟我一样，想到固态继电器。




传统的


机械


接触器/继电器通过线圈产生磁场吸合衔铁，带动机械触点闭合或断开。结构成熟、成本低廉，但存在触点磨损、电弧烧蚀、机械疲劳等固有缺陷。




固态继电器利用功率半导体器件，比如


MOSFET


、


IGBT


、


晶闸管


等，实现无触点通断，没有运动部件。优势是响应快、寿命长，但导通损耗和成本较高。同时由于固态继电器关断是半导体截止过程，不会产生物理电弧。




但在S-box这类大电流的场景，瞬间电流可达 200A 以上，在这样级别的电流下，MOSFET等功率器件的导通电阻Rds(on)会导致其发热暴增。比如当电流为 200A、Rds(on)为5mΩ时，损耗高达200W，这意味着需要大面积散热片。而机械触点的导通电阻接近零，几乎没有损耗。




目前也已经有一些高压/大电流的针对BDU应用的固态继电器产品出现，比如乾坤科技推出的400V 600A 固态继电器，采用高功率SiC器件，实现BDU无触点开关和预充控制。




在BMS领域，纳芯微今年5月推出了新一代固态继电器NSI7117系列，产品内部集成两颗SiC MOSFET，每颗器件支持高达1700V耐压，具有优秀的抗雪崩能力与瞬态过压承受能力；隔离耐压能力高达5k


Vr


ms；在1000V工作电压、125℃高温环境下，器件漏电流可控制在1μA以内；静电放电抗扰（


ESD


，ISO 10605）在下电模式下通过±8kV测试。




当然，如今在汽车低压领域，固态继电器应用已经得到持续的扩大。比如在车身控制模块BCM、


LED


矩阵大灯、散热风扇、座椅通风/加热、12V/48V的PDU等，对低功率、高频次、对寿命和静音有要求的场景。





小结：





固态继电器在汽车上的渗透是不可逆的趋势，未来 5-10 年，随着SiC成本下降和智能配电架构的普及，SSR 的渗透率有望从目前的 30-40% 提升至 50-60%。两者将在汽车中长期共存，各自守护自己最擅长的领域。