一文带你了解电动汽车车载充电机(OBC)

车载充电机（OBC）是一种将交流电源转换成直流电源的设备，被安装在电动汽车和插电式混合动力电动汽车中。它利用交流电为车辆充电，同时还可以利用家中的电源插座为电动汽车充电。OBC具有调节电压和电流的能力，可以适应不同电动汽车的需求。

1 什么是OBC?

车载充电机（On-Board Charger,简称OBC）是一种将交流电源转换成直流电源的设备。它将充电站的交流电压转换成电池所需的直流电压。OBC 被安装在电动汽车（EV）和插电式混合动力电动汽车（PHEV）中。它利用来自住宅或公共充电站的交流电为这些车辆充电。OBC 的输出功率主要在 3.6 千瓦至 22 千瓦之间。车载充电机的另外一个优势在于可以利用家中的电源插座为电动汽车充电。

车载充电器主要有两种类型：单相和三相。标准单相车载充电器的容量为 7.2 千瓦至 11 千瓦，三相车载充电器的容量为 22 千瓦。

2  电动汽车的充电方式

目前电动汽车充电站大致可分为两类：交流充电站和直流充电站。

交流充电站

顾名思义就是通过交流电网向电动汽车提供交流电，然后通过车载充电器将交流电转换为直流电，为汽车充电。这些充电站也被称为 1 级和 2 级充电站，用于住宅和商业场所。

交流充电站的优点是OBC可根据电动汽车的需要调节电压和电流，因此充电站无需与电动汽车通信。缺点是输出功率低，充电时间长。典型的交流充电系统如图所示。我们可以看到，电网中的交流电通过电动汽车充电桩（EVSE）直接供应给 OBC，然后 OBC 将其转换为直流电，并通过 BMS 为电池充电。

直流充电站

从电网获取交流电并将其转换为直流电压，然后绕过车载充电器（OBC）直接为电池组充电。这些充电器通常输出高达 600V 的高压和高达 400A 的电流，与交流充电器 8-16 小时的充电时间相比，直流充电站可在 30 分钟内为电动汽车充满电。这些充电站也被称为三级充电站，这类充电桩所使用的充电器通常被称为直流快速充电器（DCFC）或超级充电器。这类充电器的优点是充电时间快，缺点是技术复杂，需要与电动汽车通信，才能高效、安全地为电动汽车充电。典型的直流充电系统如下图所示，从图中可以看出，EVSE 绕过 OBC 直接向电池组提供直流电。

标准直流充电站的容量为 50 千瓦至 300 千瓦，是单相车载充电器容量的六倍多。不过，通过OBC进行交流充电对电池的影响较小，同时最大限度地减少电池老化。

3  OBC的功能

车载充电器的主要功能是管理从电网到动力电池的充电过程

OBC为了更快对电池进行充电，同时最大限度地减少电池衰减。交流充电器提供两种充电方式：恒流和恒压。恒定电流能更快地为电池充电，但不能将车辆充至满电状态；恒定电压也称为涓流充电，充电速度较慢，但控制能力更强，能将车辆充至满电状态。为了优化充电速度，OBC 在充电周期开始时使用恒定电流，在充电周期结束时切换到恒压充电模式。

车载充电器在一些车型的双向充电模式中也发挥着重要作用，这意味着它还能将高压电池组的直流电转换为交流电，以支持交流负载（V2L：Vehicle to Load）、电网供电（V2G:Vehicle to Grid）甚至居家用电(V2H:Vehicle to Home)。

4  OBC的硬件架构

OBC主要由以下硬件部分组成:

输入电压测量电路：该电路测量电压，用于控制转换电路。

输入滤波器：该滤波器可抑制内部噪声或来自外部设备的噪声。

全波整流电路：该电路将交流电压整流为直流电压。

功率因数校正（PFC）电路：该电路可改善因波形相移而恶化的电源效率。

电压转换电路：该电路通过绝缘变压器和场效应管开关等进行电压转换。

输出滤波器：该滤波器可抑制内部产生的噪声。

输出电压测量电路：该电路用于测量电压，以控制转换电路。

控制电路：该电路用于控制转换电路等。

DC/DC 转换器：转换器为控制电路供电。

通信接口：这是与外部设备通信的通信电路。

典型硬件框图如下：

5  OBC的发展趋势和挑战

OBC 是BEV和PHEV的重要部件。随着电动汽车的增加，配备 OBC 的车辆也会增加。与此同时，越来越多的电动汽车也将同时配备直流快速充电功能。

OBC将适配800V高压平台。

随着800V高压平台越来越普及，同时为了给容量更大的电池充电，我们需要提供输出功率更大的 OBC。未来OBC需要具备这些特性："高电压（高耐压）"、"大电流"、"低损耗"、"高耐热性 "和 "小尺寸"。

OBC需要具备双向充电的能力。

OBC能将高压电池组的直流电转换为交流电，以支持外部交流负载工作。

分立式高压元件将广泛应用于OBC。

快速充电的趋势将使OBC 拓扑所需的功率大大增加。

新的OBC趋向于高功率（11-22kW）。这一发展趋势，再加上对低系统成本、高效率和高功率密度的需求。

总之，随着科技的进步和电动车的普及，更先进的OBC将便捷每个人的出行和生活。