车载充电机：电动车的秘密武器

车载充电机：电动车的秘密武器

随着电动汽车（EV）技术的飞速发展，车载充电机（On-board Charger, OBC）作为电动汽车的重要组成部分，越来越受到行业的关注。对于初学者来说，理解OBC的工作原理和关键技术是进入这一领域的第一步。

OBC，即车载充电机，是电动汽车上用于充电的重要设备。它安装在车辆内部，主要功能是将来自电网的交流电（AC）转换为电池所需的直流电（DC），从而给电动汽车的动力电池组充电。它是连接电网和电动汽车电池的桥梁。

OBC的性能参数包括输入电压范围、输出电压范围、输出电流范围、效率以及功率因数等，这些参数直接影响充电的速度和效率。

• 单相OBC：使用单相（85 Vac-265 Vac）交流电源，适用于家庭和小型充电站。
• 三相OBC：使用三相（260 Vac-459Vac）交流电源，充电速度更快，适用于商业和公共充电站。

• 慢充：使用较低功率的单相OBC，充电时间较长，通常在夜间或停车时进行。
• 快充：使用高功率的三相OBC或专用充电设备，充电时间大幅缩短。

OBC的工作原理主要包括两个核心部分：交流转直流（AC/DC）转换和直流转直流（DC/DC）转换。

1. 交流转直流（AC/DC）转换：

• 电网的交流电首先经过EMI滤波电路，滤除噪声和干扰。
• 通过AC/DC转换器（即整流器）将交流电转换为直流电。
• 转换后的直流电再通过滤波器去除电压中的纹波，得到稳定的直流电。

2. 直流转直流（DC/DC）转换：

• 稳定的直流电通过开关电源进行电压和电流的调整，以满足电池充电的需求。
• 这一过程可能包括PFC（功率因数校正）电路，用于提高电源效率，减少电能损耗。与此同时，OBC中的电池管理系统（BMS）与电动车的BMS进行通信，确保充电过程安全、高效。
• 最终，调整后的直流电通过DC/DC转换器（如LLC模块）输出给动力电池组进行充电。

1. 充电管理：

• OBC能够根据电池管理系统（BMS）的指令，控制充电电流和电压，确保充电过程的安全和稳定。
• 支持恒流充电（CC模式）和恒压充电（CV模式）两种模式，优化充电速度，减少电池衰减。

2. 智能通信：OBC与BMS、整车控制器（VCU）和充电桩等设备进行通信，接收指令并反馈状态信息。实现充电过程的精准控制，确保充电效率和安全性。

3. 安全防护：

• OBC具备过压、过流、短路、过热等多种保护功能，当充电系统出现异常时，能够及时切断供电，保障车辆和人员的安全。

4. 双向充电能力：

• 部分高级OBC支持双向充电功能，即能够将动力电池组的直流电转换为交流电，为外部设备供电，如支持V2L（Vehicle to Load）、V2G（Vehicle to Grid）和V2H（Vehicle to Home）等应用。

• 功率因数校正（PFC）：提高电能转换效率，减少电网负荷。
• AC/DC转换器：将交流电转换为直流电。
• 电池管理系统（BMS）：监控电池状态，控制充电过程。
• 冷却系统：保持OBC在适宜的温度下工作。

在设计OBC时，需要综合考虑多种因素，包括安全性、可靠性、效率、成本等。

1. 安全性：电网侧与车载侧之间需要设置电气隔离层，以提高电气安全性。
   设计过压（OVP）、过流（OCP）、短路（SCP）、过热（OTP）等保护功能，确保充电过程的安全。

2. 可靠性：选择高质量的元器件，提高产品的可靠性；优化电路设计，减少故障发生的可能性。

3. 效率：优化AC/DC和DC/DC转换过程，提高转换效率；采用PFC电路，提高电源利用率。

4. 成本：在满足性能要求的前提下，尽可能降低产品的成本。

为了实现电动汽车快速双向充电，充电桩、电池和OBC都进行了技术改进。充电桩向着大功率、高电压、双向、宽范围等特点快速发展；电池朝着高电压（400V→800V）、大功率等需求升级；同时车载充电机在大功率、新功能、多合一及新材料等方面也取得了很大的进步，正在朝着双向充放电、智能化、集成化等方向发展。

随着电池类新能源汽车的快速增长，对车载电源行业带来了大量需求的增量利好，车载电源的发展方向要着眼于快速充、安全高效双向充、多元方便充，而基于SiC MOSFET的高输出电压超级充方案可以大大缩短充电时间和提高效率，从而让未来车载电源的市场前景更光明。

采用碳化硅器件将增加OBC和DC/DC的成本，但是，碳化硅器件的应用也带来进一步高频化的好处，能够进一步缩减电感、变压器的尺寸和成本，从而可以抵消碳化硅器件增加的成本。

同时出于可靠性的考虑，OBC通常主要采用水冷方式。采用SiC MOSFET的高输出电压超级充OBC电源方案可以进一步提高效率，降低损耗从而减少过多的热量产生，通过风冷就能解决之前液冷车载电源散热问题，这样可以去掉液冷循环系统，腾出车体宝贵的体积空间，从而帮助OBC厂商和汽车降低成本。

除了大功率化趋势外，OBC的第二个发展趋势是双向充电(V2X)。

按照功能，OBC分为单向OBC和双向OBC。随着车辆道路救援和电网互动等场景需求逐步增加，双向OBC可以对外向其他电器设备供电，因此，OBC正在从单向拓扑到双向拓扑转变，采用双向 OBC提高系统效率是一种普遍趋势。

结合新能源汽车行业的发展趋势和碳化硅功率器件的特点，碳化硅二极管和MOSFET已经在OBC应用中占据一定市场份额。

旷通将深入研发SiC的产品，设计具有更快速开关响应、更低损耗的特性，完全满足车载充电机对高效率、高功率密度、高可靠性的要求，助力双碳目标的实现。

通过本文的介绍，希望初学者能够对车载充电机（OBC）有一个全面的了解，并在未来的学习和工作中更好地应用这一重要技术。