一文帶你了解電動汽車車載充電機(OBC)

車載充電機（OBC）是一種將交流電源轉換成直流電源的設備，被安裝在電動汽車和插電式混合動力電動汽車中。它利用交流電為車輛充電，同時還可以利用家中的電源插座為電動汽車充電。OBC具有調節(jié)電壓和電流的能力，可以適應不同電動汽車的需求。

1 什么是OBC?

車載充電機（On-Board Charger,簡稱OBC）是一種將交流電源轉換成直流電源的設備。它將充電站的交流電壓轉換成電池所需的直流電壓。OBC 被安裝在電動汽車（EV）和插電式混合動力電動汽車（PHEV）中。它利用來自住宅或公共充電站的交流電為這些車輛充電。OBC 的輸出功率主要在 3.6 千瓦至 22 千瓦之間。車載充電機的另外一個優(yōu)勢在于可以利用家中的電源插座為電動汽車充電。

車載充電器主要有兩種類型：單相和三相。標準單相車載充電器的容量為 7.2 千瓦至 11 千瓦，三相車載充電器的容量為 22 千瓦。

2  電動汽車的充電方式

目前電動汽車充電站大致可分為兩類：交流充電站和直流充電站。

交流充電站

顧名思義就是通過交流電網(wǎng)向電動汽車提供交流電，然后通過車載充電器將交流電轉換為直流電，為汽車充電。這些充電站也被稱為 1 級和 2 級充電站，用于住宅和商業(yè)場所。

交流充電站的優(yōu)點是OBC可根據(jù)電動汽車的需要調節(jié)電壓和電流，因此充電站無需與電動汽車通信。缺點是輸出功率低，充電時間長。典型的交流充電系統(tǒng)如圖所示。我們可以看到，電網(wǎng)中的交流電通過電動汽車充電樁（EVSE）直接供應給 OBC，然后 OBC 將其轉換為直流電，并通過 BMS 為電池充電。

直流充電站

從電網(wǎng)獲取交流電并將其轉換為直流電壓，然后繞過車載充電器（OBC）直接為電池組充電。這些充電器通常輸出高達 600V 的高壓和高達 400A 的電流，與交流充電器 8-16 小時的充電時間相比，直流充電站可在 30 分鐘內(nèi)為電動汽車充滿電。這些充電站也被稱為三級充電站，這類充電樁所使用的充電器通常被稱為直流快速充電器（DCFC）或超級充電器。這類充電器的優(yōu)點是充電時間快，缺點是技術復雜，需要與電動汽車通信，才能高效、安全地為電動汽車充電。典型的直流充電系統(tǒng)如下圖所示，從圖中可以看出，EVSE 繞過 OBC 直接向電池組提供直流電。

標準直流充電站的容量為 50 千瓦至 300 千瓦，是單相車載充電器容量的六倍多。不過，通過OBC進行交流充電對電池的影響較小，同時最大限度地減少電池老化。

3  OBC的功能

車載充電器的主要功能是管理從電網(wǎng)到動力電池的充電過程

OBC為了更快對電池進行充電，同時最大限度地減少電池衰減。交流充電器提供兩種充電方式：恒流和恒壓。恒定電流能更快地為電池充電，但不能將車輛充至滿電狀態(tài)；恒定電壓也稱為涓流充電，充電速度較慢，但控制能力更強，能將車輛充至滿電狀態(tài)。為了優(yōu)化充電速度，OBC 在充電周期開始時使用恒定電流，在充電周期結束時切換到恒壓充電模式。

車載充電器在一些車型的雙向充電模式中也發(fā)揮著重要作用，這意味著它還能將高壓電池組的直流電轉換為交流電，以支持交流負載（V2L：Vehicle to Load）、電網(wǎng)供電（V2G:Vehicle to Grid）甚至居家用電(V2H:Vehicle to Home)。

4  OBC的硬件架構

OBC主要由以下硬件部分組成:

輸入電壓測量電路：該電路測量電壓，用于控制轉換電路。

輸入濾波器：該濾波器可抑制內(nèi)部噪聲或來自外部設備的噪聲。

全波整流電路：該電路將交流電壓整流為直流電壓。

功率因數(shù)校正（PFC）電路：該電路可改善因波形相移而惡化的電源效率。

電壓轉換電路：該電路通過絕緣變壓器和場效應管開關等進行電壓轉換。

輸出濾波器：該濾波器可抑制內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲。

輸出電壓測量電路：該電路用于測量電壓，以控制轉換電路。

控制電路：該電路用于控制轉換電路等。

DC/DC 轉換器：轉換器為控制電路供電。

通信接口：這是與外部設備通信的通信電路。

典型硬件框圖如下：

5  OBC的發(fā)展趨勢和挑戰(zhàn)

OBC 是BEV和PHEV的重要部件。隨著電動汽車的增加，配備 OBC 的車輛也會增加。與此同時，越來越多的電動汽車也將同時配備直流快速充電功能。

OBC將適配800V高壓平臺。

隨著800V高壓平臺越來越普及，同時為了給容量更大的電池充電，我們需要提供輸出功率更大的 OBC。未來OBC需要具備這些特性："高電壓（高耐壓）"、"大電流"、"低損耗"、"高耐熱性 "和 "小尺寸"。

OBC需要具備雙向充電的能力。

OBC能將高壓電池組的直流電轉換為交流電，以支持外部交流負載工作。

分立式高壓元件將廣泛應用于OBC。

快速充電的趨勢將使OBC 拓撲所需的功率大大增加。

新的OBC趨向于高功率（11-22kW）。這一發(fā)展趨勢，再加上對低系統(tǒng)成本、高效率和高功率密度的需求。

總之，隨著科技的進步和電動車的普及，更先進的OBC將便捷每個人的出行和生活。