我是穿拖鞋的漢子，魔都中堅持長期主義的汽車電子工程師,。時間不知不覺中,，快要來到元旦,。2024快要結(jié)束，2025又開始新的忙碌,。成年人的我也不知道去哪里渡自己的靈魂,，獨自敲擊一些文字算是對這段時間做一個記錄。本文主要講解電動汽車上的車載充電器（OBC）,，是為了高效率實現(xiàn)電池充電時間高速化的AC/DC轉(zhuǎn)換系統(tǒng),。
一、背景信息OBC是在電動汽車的電池充電時使用的設(shè)備,。它發(fā)揮的作用是將充電座提供的電能轉(zhuǎn)換成電池所需的電壓,。預(yù)計今后EV（電動汽車）的數(shù)量將繼續(xù)增加，隨著OBC電池容量的增加,，高輸出功率化不可或缺,。我們將在本消息中就OBC的功能和系統(tǒng)配置進行解說，同時對構(gòu)成OBC的電子零部件進行介紹,。電動汽車充電的關(guān)鍵設(shè)備在電動汽車（EV）的快速發(fā)展背景下,，車載充電機（On-Board Charger，簡稱OBC）作為連接充電站與電動汽車電池的重要設(shè)備,，扮演著至關(guān)重要的角色,。OBC的主要功能是將外部充電座提供的交流電（AC）轉(zhuǎn)換為電池所需的直流電（DC），并確保這一轉(zhuǎn)換過程高效,、安全,。隨著電動汽車市場的不斷擴張和電池技術(shù)的進步，OBC也面臨著更高的性能要求,，尤其是需要支持更高的輸出功率以適應(yīng)更大容量的電池。
二,、什么是車載充電器（OBC）,？OBC（ON-BOARD CHARGER）是在給電池充電時使用的設(shè)備。它發(fā)揮的作用是將充電座提供的電壓（AC 交流電）轉(zhuǎn)換為電池所需的電壓（DC 直流電）,。OBC用于電動汽車（Electric Vehicle：EV）和插電式混合動力汽車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle：PHEV）,。通常使用來自住宅或公共充電站的交流電給車輛充電。作為OBC的輸出功率,，3.6kW～22kW級占有大多數(shù),。OBC（On-Board Charger）即車載充電機,，是電動汽車（Electric Vehicle，EV）和插電式混合動力汽車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle,，PHEV）中用于將充電座提供的交流電（AC）轉(zhuǎn)換為電池所需的直流電（DC）的關(guān)鍵設(shè)備,。以下是對OBC的詳細介紹：OBC的主要功能如下：-> 電能轉(zhuǎn)換：OBC的核心功能是將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，以適應(yīng)電動汽車電池的充電需求,。-> 充電管理：OBC能夠管理從電網(wǎng)到動力電池的整個充電過程,，包括充電開始、充電結(jié)束以及充電過程中的各種保護機制,。-> 安全保護：OBC內(nèi)置多種保護措施,，如過壓、欠壓,、過流,、欠流等，以確保充電過程的安全穩(wěn)定,。-> 通信與交互：OBC能夠與充電站進行通信,，協(xié)商充電參數(shù)，并實時反饋充電狀態(tài)給車輛控制系統(tǒng),。OBC的應(yīng)用場景: OBC主要用于電動汽車和插電式混合動力汽車的充電過程中,。這些車輛可以通過住宅或公共充電站的交流電源進行充電，而OBC則負責將交流電源轉(zhuǎn)換為電池所需的直流電源,。OBC的輸出功率通常在3.6kW至22kW之間,。這一范圍內(nèi)的輸出功率可以滿足大多數(shù)電動汽車和插電式混合動力汽車的充電需求。隨著電動汽車技術(shù)的不斷發(fā)展,，未來OBC的輸出功率可能會進一步提高,，以適應(yīng)更大容量電池的充電需求。OBC的發(fā)展趨勢-> 高功率化：隨著電動汽車電池容量的增加,，OBC需要支持更高的輸出功率以滿足快速充電的需求,。-> 高效率化：提高OBC的電能轉(zhuǎn)換效率可以減少能量損失，提高充電效率,。-> 智能化：通過集成智能控制算法和通信技術(shù),，OBC可以實現(xiàn)更精確的充電管理和更友好的用戶體驗。-> 小型化與輕量化：隨著電子技術(shù)的不斷進步,，OBC的體積和重量有望進一步減小,，以提高車輛的空間利用率和能效。OBC的硬件架構(gòu)OBC的硬件架構(gòu)通常包括輸入電壓測量電路,、輸入濾波器,、全波整流電路、功率因數(shù)校正（PFC）電路,、電壓轉(zhuǎn)換電路,、輸出濾波器,、輸出電壓測量電路、控制電路以及DC/DC轉(zhuǎn)換器等部分,。這些部分共同協(xié)作,，實現(xiàn)OBC的電能轉(zhuǎn)換、充電管理和安全保護等功能,。
關(guān)于EV充電的類型1,、普通充電普通充電，也稱為慢速充電或家用充電,，主要用于將電動汽車的電池充滿電,。它使用住宅或公共充電站的交流電（AC）給車輛的電池充電。這種方式適合在夜間或長時間停車時使用,，因為電池充滿電通常需要大約6至8小時,，具體時間取決于電池容量和充電設(shè)備的功率。在普通充電過程中,，交流電首先通過充電電纜連接到車輛上的充電端口,。然后，安裝在車輛上的車載充電機（OBC,，On-Board Charger）會將交流電轉(zhuǎn)換為適合車輛電池的直流電（DC）,。這個轉(zhuǎn)換過程確保了電池能夠安全、有效地接收電能,。優(yōu)點：-> 對電池壽命影響?。河捎诔潆婋娏鬏^小，對電池的磨損較少,。-> 成本較低：家用充電器和安裝費用相對較低,。-> 方便性：可以在家中或工作場所進行充電，無需尋找特定的充電站,。缺點：-> 充電時間較長：不適合急需補充電量的場景,。-> 依賴家庭電網(wǎng)：需要家庭或工作場所有穩(wěn)定的電源供應(yīng)。2,、快速充電快速充電,，也稱為直流快充或高速充電，旨在短時間內(nèi)為電動汽車補充電量,。它使用與充電站各電池電壓相對應(yīng)的直流電（DC）對車輛電池進行大功率充電,。這種方式適合在長途旅行或急需補充電量時使用，因為充電時間通常只需30分鐘到1小時,，具體時間取決于電池的容量和充電站的功率,。工作原理：在快速充電過程中,，直流電直接通過充電站的充電樁連接到車輛的電池,。由于省去了車載充電機將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的步驟,，因此充電速度更快。同時,，快速充電站通常配備有智能控制系統(tǒng),，可以根據(jù)電池的實時狀態(tài)調(diào)整充電參數(shù)，以確保充電過程的安全和高效,。優(yōu)點：-> 充電速度快：大大縮短了充電時間,，適合長途旅行或急需補充電量的場景。-> 廣泛覆蓋：快速充電站通常設(shè)置在高速公路服務(wù)區(qū),、商業(yè)設(shè)施或城市中心等關(guān)鍵位置,。缺點：-> 對電池壽命有一定影響：由于充電電流較大，可能會對電池造成一定的磨損,。-> 成本較高：快速充電站的建設(shè)和運營成本相對較高,。-> 可用性限制：在某些地區(qū)或時間段，快速充電站可能會面臨排隊等待的情況,。關(guān)于電池容量和OBC的輸出功率電池容量根據(jù)車型（緊湊型,、SUV、跑車等）而各不相同,。OBC的輸出功率根據(jù)國家和地區(qū),，其規(guī)格不同，但已設(shè)定為可在約8小時內(nèi)充滿電,。關(guān)于市場和設(shè)備的趨勢,，預(yù)計今后EV的數(shù)量將進一步增加。此外,，隨著電池容量的增加,，高輸出功率化不可或缺。除此之外,，我們還必須支持充電時間的高速化和電池的小型化,。為實現(xiàn)這個目標，電子零部件具備高電壓（高耐電壓）,、大電流,、低損耗、高耐熱性,、小型化等性能十分重要,。關(guān)于OBC的電路配置OBC系統(tǒng)由下述電路配置。
功能：測量輸入電壓,，為控制轉(zhuǎn)換電路提供必要的電壓信息,。作用：確保輸入電壓在OBC的額定范圍內(nèi)，以保護電路和電池免受過高或過低的電壓影響。
功能：抑制來自外部設(shè)備或該電路本身的噪聲,。作用：提高輸入信號的純凈度,，減少電磁干擾（EMI）和射頻干擾（RFI），確保OBC的穩(wěn)定運行,。
功能：將交流電壓（AC）轉(zhuǎn)換為直流電壓（DC）,。原理：利用整流器（如二極管或MOS管）將交流電的正負半周都轉(zhuǎn)換為直流電，提高了整流效率,。作用：為后續(xù)的電壓轉(zhuǎn)換電路提供穩(wěn)定的直流電源,。
功能：改善因波形相移引起的電源效率下降。原理：通過調(diào)整電流和電壓的相位,，使其同步,，從而提高功率因數(shù)。作用：減少無功功率的損失,，提高電能利用率,，減輕電網(wǎng)負擔。
功能：通過絕緣變壓器和場效應(yīng)管（FET）等開關(guān)元件來轉(zhuǎn)換電壓,。作用：將輸入電壓轉(zhuǎn)換為適合電池充電的電壓范圍，確保電池能夠安全,、高效地充電,。
功能：抑制從該電路產(chǎn)生的噪聲。作用：提高輸出信號的純凈度,，減少電磁干擾和射頻干擾,，保護電池和后續(xù)電路免受噪聲影響。
功能：測量輸出電壓,，為控制轉(zhuǎn)換電路提供必要的電壓信息,。作用：確保輸出電壓在電池的額定充電電壓范圍內(nèi)，以保護電池免受過高或過低的電壓影響,。
功能：控制轉(zhuǎn)換電路等電路的運行,。作用：根據(jù)輸入電壓、輸出電壓,、電流和溫度等參數(shù),，調(diào)整轉(zhuǎn)換電路的工作狀態(tài)，確保OBC的穩(wěn)定運行和高效充電,。
功能：向控制電路供給電源,。作用：為控制電路提供穩(wěn)定的低壓直流電源，確?？刂齐娐返恼＿\行,。
功能：與外部的通信電路。作用：實現(xiàn)OBC與電池管理系統(tǒng)（BMS）、車輛控制單元（VCU）等外部控制器之間的通信,，以監(jiān)測充電狀態(tài),、控制充電功率、計算充電時間等,。三、個別電路及構(gòu)成零部件1,、電壓測量（輸入/輸出）在電壓測量的電路中,，為了進行電壓轉(zhuǎn)換電路的控制而測量輸入、輸出的電壓,。測量時通常將多個電阻器連接起來以測量電阻器兩端的電壓,。電壓測量 ―― 芯片電阻器（高精度芯片電阻器），藉由薄膜結(jié)構(gòu)的電阻值公差,、低TCR性能,，為電路輸出特性的高精度控制化做出貢獻。2,、噪聲濾波器（輸入/輸出）在噪聲濾波器電路中,，抑制來自外部或者來自該電路的噪聲，并防止電路的誤動作,。濾波器通常將大型的電感器與薄膜電容器組合起來使用,。噪聲去除 ―― 薄膜電容器(汽車用、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施用)特點高可靠性 : 實現(xiàn)高耐濕性和高耐熱沖擊性,，符合AEC-Q200高安全性 : 通過安全機構(gòu)（保險絲）來確保更高的安全性（故障模式為開路）3,、全波整流電路、PFC電路在全波整流電路中將AC轉(zhuǎn)換為DC,，在PFC電路中改善整流時因相移而導(dǎo)致的效率下降,。在整流電路中為使轉(zhuǎn)換時的電壓平滑化，通常使用電容器,。在PFC電路中為通過開關(guān)來改善相位,，通常使用線圈和電容器。電壓平滑 ―― 薄膜電容器(汽車用,、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施用)高可靠性 : 實現(xiàn)高耐濕性和高耐熱沖擊性,，符合AEC-Q200高安全性 : 通過安全機構(gòu)（保險絲）來確保更高的安全性（故障模式為開路）4、電壓轉(zhuǎn)換電路在電壓轉(zhuǎn)換電路中通過開關(guān)元件和變壓器等的開關(guān)來轉(zhuǎn)換電壓,。通過令開關(guān)元件On/Off來執(zhí)行轉(zhuǎn)換操作,，但由于元件On/Off時會產(chǎn)生噪聲，因此通常在元件柵極端子處使用電阻器,。開關(guān)元件柵極驅(qū)動噪聲抑制 ―― 芯片電阻器（小型高功率芯片電阻器）藉由獨特的電阻器圖案,、電極結(jié)構(gòu)等實現(xiàn)小型高功率化，為電路的小型化做出貢獻。5,、DC/DC轉(zhuǎn)換器在DC/DC轉(zhuǎn)換器電路中,，為了去除輸入部的噪聲和使得輸出部平滑，通常使用導(dǎo)電性聚合物混合鋁電解電容器,，為了進行電壓轉(zhuǎn)換,，通常使用車載用功率電感器。噪聲去除,、開關(guān)和平滑 ―― 導(dǎo)電性聚合物混合鋁電解電容器藉由大電容,、低ESR和高紋波性能，為電路的小型化和高功率化（低電壓和大電流）做出貢獻支持高頻電容特性,，為寬帶和高頻去除電路的高頻開關(guān)化中產(chǎn)生的噪聲做出貢獻6,、電壓轉(zhuǎn)換 ―― 車載用功率電感器藉由金屬磁性材料的低損耗和大電流性能，為電路的小型化和大功率化（低電壓和大電流）做出貢獻藉由損耗特性的高頻化（低ACR）,，為在電路的高頻開關(guān)化中抑制損耗做出貢獻7,、通信I/F在通信I/F（通信）電路中，使用兩根線與外部設(shè)備（CAN,、Ethernet等）進行通信,。此時，如果噪聲或靜電從通信線路混入,，則恐會導(dǎo)致收發(fā)器IC故障,。因此，收發(fā)器電路通常由用于靜電預(yù)防措施的片式壓敏電阻器構(gòu)成,。ESD噪聲去除 ―― 片式壓敏電阻器藉由具有廣泛電容特性的產(chǎn)品陣容,，在保持電路通信品質(zhì)的同時，為抑制靜電（ESD）噪聲做出貢獻片式壓敏電阻器藉由其8～250pF的電容特性,，支持從低速到高速的通信速率小結(jié)OBC是在給EV和PHEV的電池充電時使用的重要設(shè)備,。今后，隨著EV的增加,，OBC的安裝數(shù)量也會增加,。此外，隨著電池容量的增加,，我們還必須以高輸出功率化為目標,。今后，人們將會對車載電子零部件提出高電壓（高耐電壓）,、大電流,、低損耗、高耐熱,、小型化等更高的性能要求,。松下機電株式會社備有面向OBC的廣泛的產(chǎn)品陣容（下表）,。擱筆分享完畢！愿你我相信時間的力量做一個長期主義者 |
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