五分钟读懂车载充电机OBC（图解）

发布日期：2024-05-13

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大多数人认为新能源电车（EV）是一种新兴事物，其实不然。19世纪制造的首批汽车中就有一部分是电动车，但此后内燃机汽车迅速占领了市场，而电动车也逐渐被大家所遗忘。后来在70年代的石油危机期间以及90年代美国加州空气资源委员会（CARB）提出零排放汽车（ZEV）计划时，电动车也被提上了议程，但是未能占据主导地位，但是现在电动车的时代来临！

从充电方式的角度来看，电动车分为五大类：第一类是混合动力电动车（HEV），第二类是插电式混合动力汽车（PHEV），第三类是增程式混合动力汽车（EREV），第四类是电池驱动的纯电动汽车（BEV），第五类是氢燃料电池的纯电动汽车（FCEV）。其中PHEV、EREV、BEV和FCEV都是必须通过外部充电这一步骤，这类车辆需要一个车载充电器（On-board charger；OBC）。

车载充电机（OBC）

OBC可以使用单相或三相电源，并提供高达22kW的功率以实现最快的充电。由于所有电池都需要使用直流电进行充电，OBC的核心功能是整流电源输入，并将其转换为适合电池的充电电压（可能是400V，未来也会有越来越多的800V）。

OBC有两个主要功率级。首先，功率因素校正（PFC）级，保持输入电流和电压之间的相位关系，最大限度地减少线路/电网电流的总谐波失真（THD）。这有助于减少任何浪费的无功功率，提高整体能效。

第二功率级是DC-DC转换器，它从PFC级获得DC输出，并将其转换为电池充电所需的电平。转换器的输出电压和电流基于电池的整体健康状态和充电状态随时间变化。

随着技术发展，双向逆变技术也逐渐成为了OBC的标配功能，OBC被设计成可以提供双向能力，允许电网到车辆和车辆到电网的电力传输，也就是我们所说的BOBC。这将使能源公司和客户能够利用电动车中大量的存储电力，提供额外的能源储备以应对需求高峰。车主也将从中受益，因为他们在高峰期向电网出售电力（因此价格较高），在非高峰期补给其车辆，因让公用事业公司使用他们储存的能源而带来小额收入。

大多数单向的OBC使用LLC或移相全桥（PSFB）拓扑结构。对于双向设计，CLLC或双有源桥（DAB）是常见的，而且越来越受欢迎。碳化矽（SiC）MOSFET被越来越多地使用，因为它们的开关损耗更低、开关速度更快和工作温度更高。

单向OBC的次级端整流可以是无源的（使用二极体）或同步的，后者使用功率开关以获得更好的能效。在双向OBC中，二次整流将需要一个支援CLLC的全桥，或一个双有源桥的后半部分。在所有情况下，使用碳化矽器件（二极体和开关）将提高能效并提供稳定可靠性。然而，在一些成本优化的OBC设计中，仍然使用超级结MOSFET，这取决于电平、电压和可接受的能效。

电动车内电池容量的巨大差异，促使人们对OBC设计的可扩展性和灵活性的需求。例如，轻型乘用车的电池容量通常在30千瓦时(kWh)至100kWh以上，而在大型车辆（如SUV）中，这数字可能上升到150kWh。现在的趋势是电池组的容量不断增加，以延长电动车的充电间隔时间。一些进入市场的乘用车的电池容量接近200kWh，较大的电池将迁移到800V以加快充电过程。

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