新能源汽車車載充電機(OBC)將交流充電樁的交流電轉(zhuǎn)換為動力電池所需的

直流電，實現(xiàn)對動力電池的充電，使用交流充樁充電的新能源汽車需要搭載車

載充電機。

01

認識車載OBC

說人話就是：車載OBC(On-BoardCharger)是安裝在新能源電動車內(nèi)的零部

件，它將交流充電樁輸出的交流電轉(zhuǎn)化為高壓直流電，給整車高壓動力電池充

電。

根據(jù)結(jié)構(gòu)分類，車載OBC可分為單向、雙向和集成式車載OBC。

單向車載OBC只能給動力電池充電，雙向車載OBC可以把動力電池的直流

電逆變成為家用220V交流電,遇上停電期車可作為家庭應(yīng)急電源使用。

車載充電機在電動汽車中扮演著重要的角色，具備多種功能，其中最重要的是

與BMS（電池管理系統(tǒng)）和車輛監(jiān)控系統(tǒng)進行通信。

通過高速網(wǎng)絡(luò)CAN與BMS進行交互，能夠根據(jù)BMS的指令動態(tài)輸出最適合

動力電池狀態(tài)的電流和電壓參數(shù)為電池組選擇最優(yōu)的充電模式。在充電過程,

BMS主要監(jiān)測動力電池組電壓、電流、溫度和連接狀態(tài)等信息，以控制和保

護電池。

通過高速CAN網(wǎng)絡(luò)與車輛監(jiān)控系統(tǒng)通信,上傳自己的工作狀態(tài)、工作參數(shù)和

故障告警信息，并接受啟動充電或停止充電的控制命令。

此外，還具有完備的安全防護功能。例如交流輸入過壓保護、交流輸入欠壓告

警、交流輸入過流保護、直流輸出過流保護、直流輸出短路保護、輸出軟啟動、

防止電流沖擊、阻燃等。這些功能在充電過程中保護電池，防止過熱、過充和

短路等危險情況的發(fā)生，確保電池的安全和穩(wěn)定運行。

車載OBC由多個部分組成，其中包括交流輸入端口、功率單元、控制單元、

低壓輔助單元和直流輸出端口。

交流輸入端口是負責接收來自電網(wǎng)的交流電，一般有7個pin口、三類連接。

標準的輸入接口采用工頻單相輸入220V電壓，如果功率需要，也可以啟用兩

個備用pin口,實現(xiàn)380V輸入。

功率單元作為充電能量的傳遞通道，主要包括電磁干擾抑制模塊、整流模塊、

功率因數(shù)校正模塊、濾波模塊、全橋變換模塊和直流輸出模塊。在控制單元的

配合下耨輸入工頻交流電轉(zhuǎn)化成適合動力電池系統(tǒng)能夠接受的適當電壓的直

流電。

控制單元是車載充電機的核心部分，通過開關(guān)器件控制功率單元的轉(zhuǎn)換過程，

經(jīng)閉環(huán)控制方式精確完成轉(zhuǎn)換功能，并提供保護功能。主要包括原邊檢測及保

護模塊、過流檢測及保護模塊、過壓/欠壓監(jiān)測及保護模塊和DSP主控模塊。

低壓輔助單元為控制單元的電子器件提供低壓供電，并實現(xiàn)系統(tǒng)與外界的或系。

主要包括CAN通信模塊、輔助電源模塊和人機交互模塊。

直流輸出端口負責向蓄電池提供直流電包括低壓輔助電源正負極兩個pin口、

高壓充電回路正負極兩個pin口、地盤地、通訊線CANH和CANL（還可以

有CAN屏蔽）、充電請求信號線。

02

車載OBC指標

車載OBC的技術(shù)指標主要包括輸入電壓、工作效率、功率因素、諧波、輸出

紋波、輸出電壓和輸出電流等。

QC/T895-2011標準中對輸入電壓、電流及輸出電壓推薦值等有提出明確的

要求。

輸入和輸出指標推薦值

＞車載充電機輸入技術(shù)參數(shù)推薦值

?定■入電任?定僮入電潦定■入功率W定贖率

序號

VAkWHz在額定輸入電

1單相2201022so?

壓的±5*額

2單相2201635

定輸入頻率的

3單相2203270

±2%范圍內(nèi)，

4三相38016105

車載充電機應(yīng)

5三相38032210能正常工作

6三相38063410

＞車載充電機輸出技術(shù)參數(shù)推薦值在恒壓痂出狀

拶出電性是困標稱輸出電正推尋偵態(tài)下，輸出電

險出電壓等鍛

VV壓與設(shè)定電壓

124F548的誤差應(yīng)為

255-12072±1%;恒流輸

3100-25144出狀態(tài)下，輸

4200*420336出電流與設(shè)定

5300^570384、480電流誤差應(yīng)為

6400^750640±5%

功率等級：國內(nèi)和海外的新能源汽車充電功率不同、常見的OBC充電功率

為、、的意味著充滿

3.3kW6.6kW11kW22kWollkWOBC,66kWh

的動力電池需要6h。

轉(zhuǎn)換效率：效率是很重要的目標，與整個單元的散熱方式息息相關(guān)。

容積&重量&功率密度：汽車對于部件的體積和重量都有著嚴格的要求，設(shè)計

要求比較高。目前趨勢是OBC+DC/DC二合一集成，或者OBC+DC/DC+PDU

做三合一集成，功率密度大幅提升，體積變小。

散熱方式：有主動風冷和液冷兩種方式。功率升高到11KW之后，液冷成主

流。

成本：部件的成本要求比較高，目前小三電比較卷，小三電供應(yīng)商普遍毛利率

在15%~20%。

03

車載OBC拓撲結(jié)構(gòu)

車載OBC一般采用兩級架構(gòu)，前級PFC主要負責功率因數(shù)校正，一般輸出

400V直流電。后級DC/DC電路從PFC母線取電,實現(xiàn)隔離和調(diào)壓功能。由

于DC/DC所接負載為電池，一般輸出200-500V的高壓直流電，故后級必須

采用高效率寬范圍的隔離DC/DC拓撲結(jié)構(gòu)。

OBC硬件部分由功率部分和控制部分組成。功率部分主要是前級AC-DC電

路、后級DC-DC電路?？刂撇糠钟煽刂破鳈z測電路與參數(shù)反饋電路構(gòu)成，將

期望值通過PWM進行調(diào)節(jié)，從而控制高壓回路中開關(guān)管的開關(guān)時間，實現(xiàn)目

標輸出電流和電壓，以及故障監(jiān)測等功能。

每級電路不管如何設(shè)計，最終都以追求高頻化、高功率因數(shù)與高效化為設(shè)計目

標。

前級AC-DC電路多數(shù)采用基本型BoostAPFC變換器或改進型BoostAPFC

變換器，包括基本型BoostAPFC變換器、無橋BoostAPFC變換器、交錯并

聯(lián)BoostAPFC變換器、無橋交錯BoostAPFC變換器。

前級AC-OC電路

多基采用/本叫st2FC變授口

傳統(tǒng)BoostAPFC交線并IXBostAPFC無橋BoostAPFC無橋交播并隊Boo”APFC

5個二松1個1個升或■??出6二網(wǎng)雪、2個弄犬?、力?，、,比2個二號■?？個弄翼■、2個電弘.■出2個二松管?4個開美?,2個電■，■出

*名*需?容4*

UIttH很好9M

A離低

ftAft

大3小很小■小

ttftAM

很低ttAttAM

功隼因依4U1?”&尊小.2千功?囪鹿10凌，就■.逼即于功率12

HH溫斌■如,土建斌電8體總?小元HR總"渡應(yīng)力小.效**

次收小。第?以上的應(yīng)M

■出電區(qū)依我校大.3M干中小功率A?渣幡目■畏央.元?件依加了一■入5▼電.典?千伏故尸■?一入?意紿種黛條.元■仲依■?信,或*

為0.威泰0加.W較復汆電壓、■入■演票裸冠度般犬■?校制?*收文

傳統(tǒng)有橋BoostPFC:當Q1導通時，正半周期導通路徑為DI、LI、QL

D4,負半周期導通路徑為D2、LI、QI、D3;當Q1關(guān)斷時，正半周期導通

路徑為DI、LI、D5、Rd、D4,負半周期導通路徑為D2、LI、D5、Rd、D3e

Li

在每個狀態(tài)下，導通開關(guān)器件的數(shù)量均為3個，其優(yōu)勢在于電路拓撲好控利都

很簡單，但是僅存在一個Q1開關(guān)器件，其電壓、電流應(yīng)力非常大，很難用于

大功率場合。

交錯并聯(lián)BoostPFC:由兩個相同的BoostPFC變換器并聯(lián)而成，該拓撲電

路可以使得PFC的電感減少.通過控制兩個功率電感電流交錯180°反相，可

降低輸入輸出的電流紋波，減少EMI濾波器的體積。

該拓撲在其他控制和功率走路方向和傳統(tǒng)的有橋一樣只是增加了開關(guān)器件數(shù)

量。

無橋BoostPFC:將有橋PFC的整流橋移除，減少了開關(guān)器件的數(shù)量。正半

周工作，當Q1關(guān)斷時，功率鏈路為LI、DI、Rd、Q2、L2;當Q1開通E寸，

功率鏈路為LI、QI、Q2、L2。負半周工作，當Q2關(guān)斷時，功率鏈路為L2、

D2、Rd、QI、LI;Q2開通時，功率鏈路為L2、Q2、QI、L1。與傳統(tǒng)的有

橋PFC相比，導通路徑上的開關(guān)器件減少了，這有利于提升系統(tǒng)的效率。對

自帶反并聯(lián)二極管的開關(guān)器件來說，Q1Q2可以共用一個驅(qū)動信號。

該拓撲結(jié)構(gòu)控制簡單但是電流采樣困難。且輸出的直流電壓的端點是浮地的，

產(chǎn)生的共模干擾會被隔離，所以電路中會有很嚴重的EMI問題。

雙無橋BoostPFC:相較無橋PFC電路，雙無橋PFC在EMI方面進行了改

善。正半周工作，當Q1關(guān)斷時，功率鏈路為LLDI、Rd、D4;Q1開通時，

功率鏈路為LI、QI、D4。負半周工作，當Q2關(guān)斷時,功率鏈路為L2、D2、

Rd、D3;Q2開通時，功率鏈路為L2、Q2、D3。

其控制方式和基本的無橋PFC類似，增加的二極管大大降低了電路的干擾，

但是系統(tǒng)成本增加了。

圖騰柱BoostPFC:可以解決無橋PFC的EMI問題。正半周工作，當Q1關(guān)

斷，Q2導通時，功率鏈路為L、Q2、D2;Q2關(guān)斷，Q1導通時，功率鏈路

為L、QLRd、D2。負半周工作，當Q1關(guān)斷，Q2導通時，功率鏈路為D1、

Rd、Q2、L;當Q1導通，Q2關(guān)斷時，功率鏈路為DI、QI、L。

該拓樸控制復雜，上管的驅(qū)動需要浮地，設(shè)計難度大，成本增加，而且Q1Q2

存在反向恢復問題，容易增加電路損耗。

DC/DC變換器的電路拓撲類型主要有Buck、Boost,Buck-Boost.移相全

橋、諧振變換器等電路拓撲，而隔離型DC/DC變換器在功率等級、電氣安全

等方面更適合OBC的應(yīng)用需求。常見的隔離性DC/DC變換器拓撲結(jié)構(gòu)主要

有移相全橋、雙有源橋電路、LLC諧振電路等。

后級DC-DC電路

4故靈電機的履心

移和全林安授K■LLCiS?S?S■漉臺式DCDC變換冽

采用移相控制.使用50s占空比的菅動信號分為半林和金林，區(qū)別手開關(guān)網(wǎng)密使用開關(guān)

控制四個開關(guān)管的開通與關(guān)斷.同一林曾管的依■;全福LLC諾蠡電路,采用脈沖第結(jié)合移相全橋變換H和LLC增推變換H二者

180'五”號通，Ifi就情管與滯后的笑窣詞頻投制方式，使用占空比5OME動信號的氣點.逢合充電壓抬出、大功率的與戴光

動信號相差一個移相角,通過控制移相角的控制開關(guān)管開通與關(guān)照.通過控制開關(guān)饗率電機

大小調(diào)節(jié)變換器的*出電反來調(diào)節(jié)”出電氏的大小

分半橋和金橋兩拜,采用味冷微率調(diào)h控制.

控制南品，電路設(shè)計也不加雜.具有較高的電氏增益靈活.開關(guān)曾能實現(xiàn)等電壓開關(guān).全負敘范網(wǎng)能實現(xiàn)軟開關(guān).摸底小.效率高.

效率整流二極管恁實現(xiàn)等電流開關(guān)，效率高，依能提高“出功率

出不需濾波電第

存在占空比丟失,轉(zhuǎn)效時滯后機修增實現(xiàn)*工作相忖易受■入電壓和負戴影明.空4E時

電路結(jié)構(gòu)和控M葬法復雜.元B件散日多.

電壓開關(guān).為實現(xiàn)總流櫓*電流開關(guān)需加?輸出電壓調(diào)節(jié)困堆,原修邊功率圖件電流應(yīng)

成本高

助電路,?出需沿提電路海液力大

移相全橋電路：可以實現(xiàn)最低零電壓的寬范圍電壓輸出，其超前臂Q1Q3的

驅(qū)動信號有著180。的相位差，滯后臂Q2Q4的驅(qū)動信號分別與Q1Q3滯后一

定相位，控制驅(qū)動信號之間的相位角不同，可以使得變壓器漏感和開關(guān)管結(jié)電

容進行諧振，開關(guān)管的軟開關(guān)得以實現(xiàn)。

缺點是由于變壓器漏感的存在，副邊會出現(xiàn)占空比丟失現(xiàn)象，副邊二極管容易

出現(xiàn)電壓尖峰；另外該拓撲的輸出需要的LC濾波器會造成電路體積增大，同

時會導致?lián)p耗增加。

雙有源橋電路：通過原副邊移相來控制能量的流動方向和大小，可以實現(xiàn)零電

壓開通，經(jīng)常應(yīng)用于大功率場合的雙向DC/DC變換器,該拓撲電路功率密度

高、效率高、能雙向傳輸功率，被廣泛應(yīng)用于電動汽車、航天航空等領(lǐng)域。

LLC諧振電路：可以實現(xiàn)軟開關(guān)，且可以在較窄的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)較大的調(diào)壓

范圍。具有良好的切載特性，加上變壓器的漏感可以復用為勵磁電感，所以磁

元件的空間小，可以提高變換器的功率密度，效率高及EMI/J\e

04

車載OBC發(fā)展趨勢

目前市場主流車型搭載的車載OBC輸出功率由3.3kW向6.6kW升級，車載

OBC未來向著功率等級提升尺寸小型化、雙向轉(zhuǎn)換和集成化的方向發(fā)展

不同功率類型OBC的產(chǎn)品參數(shù)指標

?比功率指斥內(nèi)褥

序號

(kV)

■人電FKJR根?定?人電樂?入電流電■電酎餐室?曲電壓藏惘■發(fā)?州電壓輸出電演

13.3100261I5-&5HX207504501095.5t濟明情盛

23.386-2弘46-64HIw-soo力工W候

才■AIMgSmn-4An的1食才明

46.610026145網(wǎng)”1506006001295.5%修陽■■

56.68526545網(wǎng)，200500力工K能

63.38&-26GAC1I6Y?C302004003292%羸江大體

T3.3250-4602204S-6SMI2201893、K注斯

83.385-2弘45-網(wǎng)I100-20093%玖技

雙向

96.6260432M>04509M欣晚可技

106.685-265AC220nle2145&5MZ>001003295%

116.690-2643245-65HXH07502294、斯

126.62007502204565HzW750220漁要“技

輸出功率6.6kW的車載充電機已成國內(nèi)主流趨勢，正琢步升至llkW、甚至

22kWo同時各企業(yè)研發(fā)出二合一、三合一甚至八合一集成方案，目前較優(yōu)的

二合一方案為6.6kWOBC+1.5kWDC/DC,三合一為6.6kWOBC+2kW

DC/DC+PDU0

部分采用SicMOS器件的車載OBC部件系統(tǒng)框圖如下:

TotemPolePFCDClink:385V-425VBi-DirectionalDC/DCBattery250V-450V

CXTfRWI

圖：wolfspeed某6.6KW雙向OBC的系統(tǒng)框圖。

If口:

FK50III

.一一一一」.Ga?rgCorvoi?

1____________i

圖：安森美基于1200V碳化硅的單向OBC的系統(tǒng)框圖

OnBoardCharger(OBC)

T上

.

l

t

Wiredconnectivity

12VPowermanagementCANIK-fine

transceiversItransceivers

Protection

r?andsignal

conditionirKCANcfctalineIK^inedalaline

protectionIprotection

K-line

bus

圖：ST的OBC的系統(tǒng)框圖

isolation

PFCTemperatureDCPrimaryDCSecondaryHgh-

SensingCurrentSensingCurrentSensingvotage

Traction

PrimarysideSecondarysideBattery

CenterTapped

LLC/CLLC

FullBridge

withDiodes

Dual

FullBridge

ActiveBridge

withMOSFETsJ

GateDriver!Gate