集成式电动汽车用车载充电器的研究
电动汽车车载充电机设计与实现
科技信息2013年第5期ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ作者简介：瞿章豪（1987—），男，硕士，从事电力电子器件、电动汽车充放电研究。
徐正龙（1989—），男，硕士，从事电力电子器件、电动汽车充放电研究。
0引言随着现代高新技术的发展和当今世界环境、能源两大难题的日益突出，电动汽车以优越的环保和节能特性，成为了汽车工业研究、开发和使用的热点。
电动汽车的发展包括电动汽车以及能源供给系统的研究和开发，其中能源供给系统是指充电基础设施，供电、充电和电池系统及能源供给模式。
充电系统为电动汽车运行提供能量补给,是电动汽车的重要基础支撑系统,也是电动汽车商业化、产业化过程中的重要环节。
因此，电动汽车充电设施作为电动汽车产业链的重要组成部分,在电动汽车产业发展的同时还应该充分考虑充电设施的发展[1]。
研究发现，电池充电过程对电池寿命影响很大，也就是说，大多数的蓄电池是“充坏”的。
因此，开发出一种性能优良的充电系统对电池的寿命和电动汽车性能具有重大的作用。
1车载充电机硬件电路设计车载充电机电路模块如图1所示。
主要包括三个部分：功率单元、保护及控制单元、辅助管理单元，其中功率单元在控制单元的配合下是把市电转换成蓄电池充电需要的精电；控制模块通过电力电子开关器件控制功率单元的转换过程，通过闭环控制方式精确完成转换功能。
辅助模块主要是为控制模块的电力电子器件提供低压供电及实现系统与外界的联系。
此三个单元协同作用组成闭环控制系统。
下面对此系统按照所分单元进行解析。
图1车载充电机硬件电路模块图Figure.1The hardware circuit module chart of Electric Vehicle ’s charger1．1功率单元设计解析功率单元作为充电能量传递通道，主要包含EMI 抑制模块、整流模块、PFC 校正模块、滤波模块、全桥变换模块、直流输出模块。
为防止电网与充电机之间的谐波相互影响，在电网与充电机之间加入由X 电容、Y 电容、共模电感组成的（Electro-Magnetic Interference EMI ）抑制器；为提高转换效率及降低谐波影响，在整流后加入基于BOOST 拓扑的主动式（Power Factor Correction PFC ）功率因数校正器；车载充电器为高压输出，在此为提高系统抗电压应力能力，采用全桥DC/DC 拓扑变换电路。
《电动汽车充电系统技术规范 第4部分：车载充电机》
高频传导干扰抗扰度快速瞬变脉冲群，电压为2kV，5kHz脉冲重复率，持续1min以上，在测试后产品应能正常工作。
高频传导干扰抗扰度电压冲击1.2/50us冲击，共模状态下2kV，差模状态下为1kV。产品在控制下能恢复，允许功能暂时失效。
IEC 60068-2-30-2005基本环境试验程序.第2部分：试验.试验Db和指南:交变湿热
EN 60068-2-27-1993 基本环境试验程序.第2部分:试验.试验Ea和导则:冲击
3
下列术语和定义适用于本部分。
3
输出电压和电流误差
实际输出电压及电流的有效值与规格定义设定值的偏差。
3
周期偏差
周期性出现的瞬态偏差（Ripple）。
a对应于－40℃及－30℃下限工作温度时的下限贮存温度
b对应于－20℃下限工作温度时的下限贮存温度
相对湿度在5％～93％之间；
常规环境条件：温度23℃±5℃，气压86kPa～106 kPa，湿度45%～75%。
4
车载直流充电机外观应色泽均匀、表面平整、干燥，不得有划痕、毛刺、锈蚀、变形及裂纹等缺陷。车载直流充电机应有产品标签和指示标志，字迹清晰完整。
谐波次数
n
最大允许谐波电流
A
限值谐波电流发射限值
(设备每相输入电流>16A第一级)
7
7.2
9
3.8
11
3.1
13
2
15
0.7
17
1.2
19
1.1
21
≤0.6
浅析新能源汽车充电技术(一)
浅析新能源汽车充电技术（一）近年来新能源汽车在国家的大力支持下高速发展，当前新能源汽车主要以插电式混合动力和纯电动汽车为主，这两种新能源汽车都需要进行充电，本文根据目前国家采用的交流和直流充电技术，将从充电系统的结构组成、充电标准与技术要求、充电模式和充电方法、充电状态识别等几个方面进行探讨。
一、充皂系统豹结构组成对于纯电动汽车和插电式混合动力汽车，高电压蓄电池充电系统是不可缺少的子系统之一，其功能是将电网的电能转化为车载高电压蓄电池的电能，当高电压蓄电池充满后自动停止充电。
高电压蓄电池充电系统主要由充电器、充电设备和车载充电接口三部分组成。
1．充电器充电器是指将电网提供的交直流电能转化为车载高电压蓄电池所需的直流电能的装置（即AC/DC、 DC/DC整流器）。
纯电动汽车和插电式混合动力汽车充电器分为车载充电器（安装在车内）和非车载充电器（安装在充电桩内）两种。
车载充电器是指将AC/DC整流器安装在插电式混合动力或纯电动汽车上，采用地面交流电网或车载电源对高电压蓄电池组进行充电的装置，如图1所示。
车载充电器负责与交流电网建立连接并满足车辆充电电气安全要求。
此外还通过控制导线与车辆建立通信。
这样可以安全启动充电过程并在车辆与车载充电器之间交换充电参数（例如最大电流强度）。
2．充电设备充电设备是指为满足纯电动汽车或插电式混合动力汽车充电而配备的户外使用型供电设备，可固定在停车场、广场及其他便于新能源汽车停靠的地点。
充电设备给纯电动汽车或插电式混合动力汽车提供单相或三相交流电源，使用标准非接触式智能卡控制充电开始和结束，并提供过压、欠压、过流、过温、防雷等系统保护功能。
（1）移动充电包所谓的移动充电包，就是一条充电线，任何有普通电源插口的地方都可以充电，体积和重量均较小，所以使用非常方便，如图2所示。
可将移动充电包放在发动机室盖下方的移动充电包盒内或者后备箱内。
由于使用普通家用插座将移动充电包连接到交流电压网络上，因此限制了最大充电电流强度。
电动汽车车载充电机与车载DC DC转换器-王正仕
电动汽车车载充电机(OBC)与车载DC/DC转换器王正仕（wzs@）浙江大学电气工程学院电力电子技术研究所中国电源学会.世纪电源网工程师交流会上海，2017年7月8日内容一、高性能电动汽车车载充电机(OBC)二、双向充电机(Bi‐OBC）技术方案三、车载DC/DC转换器电路拓扑比较四、充电桩电路方案王正仕：wzs@ ,一、高性能电动汽车车载充电机On-Board-Charger (OBC)王正仕：wzs@ ,一、高性能车载OBC电路结构PFC—满足网侧要求：PF、THD、宽范围电网 DC/DC—电气隔离、电池端压宽范围每一级电路高效率电路拓扑：主流方案* PFC—满足网侧要求：PF、THD、宽范围电网* DC/DC —电气隔离、电池端压宽范围* 每一级电路高效率技术性能内容功率 3.3kW @220V(AC) ;1.6kW @110V(AC)。
6.6kW, 9.9kW 输入电压范围85-265V(AC)功率因数（PF）>0.99（典型值）输入电流THD<4%额定输出电压360V（DC）输出电压范围200-400V(DC)输出电流范围0-12A整机效率96.3% （典型值）工作模式恒压、恒流（@ BMS指令或预设充电曲线）保护功能OVP、OCP、OLP、OTP支持CAN通讯变换器工作状态与故障诊断电路方案1：传统桥式PFC+LLC桥式PFC适合高电网电压，不利于110Vac系统应用的高效率电路方案2：无桥式PFC+LLC无桥PFC适合宽范围电网电压，有利于110Vac应用的高效率差分采样——无桥PFC低成本方案电路方案3：无桥式PFC+LLC双变压器LLC，有利于提高功率密度（减低变压器高度） 电力电子电路调试的GUI界面，方便调试PFC控制框图I-V-PFC控制模型PFC网侧波形Vac& IsLmLC 串联谐振LLC 谐振？(Lm)频率范围太宽！LLC 软开关变换器Lm 为变压器磁化电感Lm 减小LLC 网络的(Vo/Vi)传输1o r r L C w =?Vo / Viw s / w om e m e s s m e me m e s s m e i o L j R L j R C j L j L j R L j R L j R C j L j L j R V ω+ω⨯+ω+ωω+ω⨯=ω+ω+ωω=1//1//V 1.可升/可降2.增益更陡f 2f 1LLC 设计要点2111/r r L C w =?1. 效率优化点频率位置f 22.变压器变比Np:Ns, Vi/Vo, fs@ f2,考虑电压与负载宽范围3. Lm:Lr, 结合宽范围要求4. Lr&Cr, 考虑谐振Q 值、Cr 耐压ZVSZCS性能：充电机效率二、双向充电机(Bi-OBC）技术方案王正仕：wzs@ ,二、6.6kW车载双向充电机(Bi-OBC ）电路拓扑特点：正向充电6.6kW 反向逆变3.3kW 供车220VAC 两个3.3kW 模块并联模块化汽车级器件数字化控制:400V /320V-400V内容指标内容指标输入电压85V ‐265V AC/45‐65Hz 电流纹波1A pk‐pk输入电流24‐30A （32A Max ）最大输出功率 6.6kW @230VAC ，3.3kW@115VAC 输出电压200V‐400V 充电方式恒流、恒压、根据电池容量可设定电压精度/分辨率±2 V保护过压、过流、短路、过温系统效率95% @ 220Vac 92% @ 115Vac接口CAN 通讯接口，变换器工作状态信息输出PFC 效率98%工作环境温度‐40～+85°C功率因数（PF ）>0.99 @120VAC,>0.98@230VAC冷却方式水冷（水温度‐40～+75°C ）最大输出电流32A Max 运行时间15000小时电流精度/分辨率3 % / 200mA <±0.2A防水等级建议IP67技术指标二、车载双向OBC （续）采用（英飞凌）器件serial number type Main characteristic Footprint quantity 1IKW40N65F5A IGBT 40A 650V TO‐24712 2TC234MCU 100M TQFP14413TLE4284DV Voltage Regulator 15V TO‐25224TLE4275V50Voltage Regulator 5V TO26315AUIRS2191S Half Bridge Drive SO‐1686AUIRB24427S Drive Two MOSs SO‐817IPW65R048CFDAIPW65R080CFDMOSFET48mohm650V/80mohm 650VTO‐24768IDW30E65D1Diode 30A 650V TO‐2476 9TLE7368Power manager1 10TLE6250CAN收发器1二、车载双向OBC （续）反向变换效率关键技术：双向LLC变换器、双向宽范围、双向高效率固有谐振频率(fr)计算王正仕：wzs@ ,：折算：总电容：固有频率：三、车载DC/DC转换器电路拓扑比较王正仕：wzs@ ,（1）全桥PWM 硬开关变换器特点硬开关工作，效率较低副边有电压过冲Co电感Ld大电流（220A！）一级变换宽范围调节输出纹波小，Co的ESR要求低典型效率：92%（2）移相全桥ZVS 变换器特点MOS：ZVS，有利高效率副边有电压过冲Co电感Ld大电流（220A！）Ip有环流，变压器发热一级变换宽范围调节输出纹波小，Co的ESR要求低典型效率：94%（3）LLC变换器（ZVS，ZCS）特点LLC MOS:ZVS；D:ZCS；有利高效率二级变换不需要大电流输出电感输出纹波大，Co的ESR要求高对二极管要求低（ZCS）典型效率> 95.5%王正仕：wzs@ ,主要指标内容功率3kW输入电压范围200-400VDC, 340V Normi 输出电压范围9-16VDC ，13.8V Normi 输出电流范围0-220A DC综合效率>95%@75%以上负载，>92%@50%负载，>90%@25%负载保护功能OVP 、OCP 、OLP 、OTP 支持CAN 通讯变换器工作状态与故障诊断信息冷却方式水冷技术指标三、车载DC/DC 转换器（续）采用器件实物样机照片3kW车载高效率DC/DC转换器90%91%92%93%94%95%96%97%98%3006009001200150018002100240027003000效率负载（W ）Vo=13.8V 效率曲线200V340V 400V效率vs 功率三、车载DC/DC 转换器（续）四、充电桩电路方案三相维也纳整流PFC 2个LLC DC/DC 串并联三相AC锂电池Vdc 400V 400V功率：15kW~60kW(120kW)采用多模块并联欢迎交流！2017年7月8日上海.兴华宾馆。
电动汽车慢充工作原理
电动汽车慢充工作原理
知识地图/Knowledge map
电动汽车慢充 工作原理
一、车载充电机（OBC）工作原理 二、车载充电机电路拓扑结构 三、车载充电机（OBC）充电控制网络 四、慢充充电操作流程 五、慢充充电相关标准
电动汽车慢充工作原理
以东南DX3 EV电动汽车装载的 OBC为例，主要介绍车 载充电机的工作原理、电路拓扑结构以及充电控制网络。
图 6-2 东南汽车DX3 EV400充电机
1. 前级ACDC电路
上述车载充电机（OBC）拓扑结构如6-3图所示。车载充电机（OBC）拓扑结 构主要由EMI滤波器、功率因数校正电路以及隔离型DC/DC变换器三部分构成。
图 6-3 车载充电机电路拓扑结构
1. 前级ACDC电路
DX3EV 装载的OBC使用的是BoostPFC电路结构，BoostPFC只有一个开关 管，通过PWM波来控制以达到对输入电流的整形以及输出电压的快速调节。
• 拓扑结构简单，控制稳定，体积小； • LLC谐振变换器可以实现宽负载范围内实现零电压开关； • 能够在输入电压和负载变化范围比较大的情况下调节输出，同时开
关频率变化相对很小； • 采用频率控制，提高了电路的效率；
2. 后级DC/DC直流变换电路
如图6-9所示：全桥LLC谐振变换器可以分解为开关网络、谐振网络、整流 网络、低通滤波网络。
如图6-9所示，全桥LLC谐
振变换器的开关网络由四只开
关管组成全桥结构，利用PWM
波来控制上下桥臂的开关实现
上下桥臂互补导通，这样就实
2. 后级DC/DC直流变换电路
LLC谐振变换器有很多种结构，其中包括板桥式LLC谐振电路，全桥式 LLC谐振电路，双板桥式LLC电路，以及复合式全桥三电平LLC谐振电路。这 些电路结构各有特点，本次主要以全桥LLC电路为例进行简要介绍。
车载充电机OBC及供应商25强
车载充电机OBC及供应商25强新能源电动汽车的动力系统与传统的燃油汽车不同，“三电”取代了传统的油箱、发动机和变速箱等。
“三电”主要包括驱动系统“大三电”（动力电池、电机控制器和电机），以及电源系统“小三电”（车载充电机OBC、DC/DC变换器和高压配电盒PDU）。
其中车载充电机OBC是决定电动汽车充电功率和效率的关键部件之一，而二极管和IGBT、SiC MOSFET等功率半导体就是实现OBC直流电与交流电变换的关键器件。
一、什么是车载OBC车载充电机（On-board charger）简称OBC，也称为车载充电器，顾名思义就是固定在电动汽车上的充电器，具有对电动汽车动力电池安全、自动充电的能力，主要应用于必须“插电”充电的电动汽车，如纯电动汽车（BEV，纯电池驱动）和插电式混合动力汽车（PHEV）。
作为电动汽车与公共电网之间的接口，OBC能将来自电网的交流电（AC）转化为电动汽车高压电池所需的直流电（DC），为电动汽车的动力电池充电；也能将动力电池的直流电逆变为交流电回馈到电网，实现汽车动力电池和电网之间的能量转换。
OBC也能提供充电时所需的相应的保护功能，包括过压、欠压、过流、欠流等多种保护措施，当充电系统出现异常会及时切断供电。
为提高电气安全性，通常电网侧与车载侧之间需要设置耐电压2500V-3750V的电气隔离层，即隔离型车载充电机（lsolated On-Board Charger，简称为OBC）。
当前，绝大多数的电动汽车均配置的是隔离型车载充电机。
二、OBC结构和电路一般来说，车载充电机可分为单向车载充电机、双向车载充电机和集成式车载充电机。
▪单向车载充电机（Uni-Direction On-Board Charger）：功率单向流动，一般采用高频开关电源技术，拓扑结构分为单级式结构和两级式结构；只有充电功能。
▪双向车载充电机（Bi-Direction On-Board Charger）：功率双向流动，多采用两级变换结构，由双向AC-DC变换器和双向DC-DC变换器构成；既有充电功能，同时还有逆变功能。
obc车载充电机拓扑原理
obc车载充电机拓扑原理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：随着电动汽车的普及，车载充电机作为电动汽车的重要配件之一，其作用愈发凸显。
在电动汽车中，obc车载充电机是将外部电源（如交流电）转换为直流电，以供电动汽车内部的电池充电使用的设备。
obc 车载充电机拓扑原理是其工作的核心机理，下面我们就来详细介绍一下obc车载充电机的拓扑原理。
一、obc车载充电机的基本结构obc车载充电机通常由变压器、整流器、滤波器和控制器等部分组成。
变压器用于把输入的交流电信号转换为需要的输出直流电信号，整流器则将交流电信号转换为直流电信号，滤波器则用于滤波信号，去除噪声。
控制器则控制整个充电过程，保证安全高效的充电。
二、obc车载充电机的拓扑结构obc车载充电机的拓扑结构一般包括全桥、半桥和桥式拓扑等。
全桥拓扑是一种常见的拓扑结构，其工作原理是根据输入的交流电信号，通过变压器和桥式整流器将交流电信号转换为直流电信号。
全桥拓扑结构具有输出电压稳定、效率高等特点，广泛应用于obc车载充电机中。
四、obc车载充电机的特点1. 高效能：obc车载充电机具有高效能的特点，能够将输入的交流电信号转换为直流电信号，使充电过程更加高效。
2. 稳定性强：obc车载充电机具有输出电压稳定的特点，能够保证充电过程中电池的充电效果更加稳定。
3. 控制性好：obc车载充电机的控制性能优秀，能够通过控制器对充电过程进行精确控制，保证安全高效的充电。
五、obc车载充电机的应用领域obc车载充电机广泛应用于电动汽车市场，为电动汽车提供强有力的充电支持。
obc车载充电机还可用于其他需要直流电源的场合，如通信设备、工业设备等场合，具有较广泛的应用领域。
六、总结通过以上介绍，我们对obc车载充电机的拓扑原理有了更深入的了解。
obc车载充电机作为电动汽车的重要组成部分，其拓扑原理对充电效率和安全性都起着至关重要的作用。
相信随着技术的不断发展，obc车载充电机的性能会更加优秀，为电动汽车的发展提供更好的支持。
车载充电机简介演示
车载充电机外壳的机械强度不够，遇到意 外碰撞或挤压时容易损坏，导致内部电路 暴露，引发短路等安全问题。
防护措施
温度监控
对车载充电机的温度进行实时监控，当温度超过或低于正常范围时， 及时切断电源，防止过充、过放或短路等安全事故发生。
电磁兼容性设计
采用合理的电磁兼容性设计，降低干扰水平，提高车载充电机的电磁 兼容性能，确保其不会对其他电子设备造成影响。
未来，车载充电机产业的发展将更加注重产业链上下游的协同创新和合作，共同打造良好 的产业生态，推动电动汽车产业的可持续发展。
THANKS
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电的便利性和安全性。
未来展望
市场规模持续扩大
随着电动汽车市场的快速发展，车载充电机的市场规模也将不断扩大。预计未来几年，车 载充电机市场的年复合增长率将保持在10%以上。
技术竞争加剧
随着市场竞争的加剧，各企业将在技术创新、产品质量、售后服务等方面展开激烈竞争， 推动车载充电机技术的不断进步。
产业生态建设
车载充电机的电路组成
车载充电机一般由变压器、整流器、滤波器、保险丝、电源 开关等组成。
变压器用于将交流电降压为适合充电的电压，整流器将交流 电转化为直流电，滤波器用于滤除电流中的噪声，保险丝和 电源开关则用于保护电路安全。
车载充电机的工作原理
01
车载充电机通过与汽车蓄电池连 接，利用汽车蓄电池的电力为电 子设备充电。
防水结构设计
对车载充电机的接口和外壳进行防水结构设计，确保在雨雪天气或水 浸时不会发生短路或漏电等安全问题。
机械强度设计
对车载充电机的外壳进行机械强度设计，确保在遇到碰撞或挤压时不 会损坏，保障内部电路的安全。
05
车载充电机的市场前景及挑战
车载充电器方案
车载充电器方案引言随着电动汽车的普及和用户对充电设施的需求增加，车载充电器成为了一个重要的话题。
车载充电器作为一种便携式的充电解决方案，能够为电动汽车提供便捷的充电效劳。
本文将介绍车载充电器的根本原理、类型、功能和应用，并讨论其在未来的开展趋势。
根本原理车载充电器的根本原理是将车辆的直流电源转换为交流电源，并提供应电动汽车进行充电。
其主要包括以下几个局部：1.DC-DC转换器：将车辆的直流电源转换为适宜的电压和电流，以供车载充电器的其他部件使用。
2.逆变器：将直流电源转换为交流电源，使其符合电动汽车的充电要求。
3.控制电路：监测充电器的工作状态，保证充电过程的平安和稳定。
4.充电接口：提供插头和插座，用于连接车载充电器和电动汽车进行充电。
类型根据充电能力和适用车型的不同，车载充电器可以分为几种不同的类型：1.标准型车载充电器：适用于一般电动汽车，具有较低的充电功率，充电时间较长。
这类车载充电器通常能够提供2-3 kW的充电功率，适用于日常充电需求。
2.快速型车载充电器：适用于需要快速充电的电动汽车，具有较高的充电功率。
这类车载充电器通常能够提供50 kW以上的充电功率，使电动汽车在短时间内获得更多的电力。
3.超级快充型车载充电器：适用于需要极速充电的电动汽车，具有极高的充电功率。
这类车载充电器通常能够提供100 kW甚至更高的充电功率，能够在数十分钟内将电动汽车充满。
功能车载充电器除了提供根本的充电功能外，还可以具备以下一些高级功能：1.智能充电管理：根据电动汽车的充电需求和供电网络的情况，智能调节充电功率，以充分利用可用的电力资源，并保证充电过程的平安。
2.充电记录与统计：记录每次的充电记录，包括充电时间、充电功率和充电电量等信息。
通过统计和分析这些数据，用户可以了解自己的充电习惯，并优化充电方案。
3.充电平安保护：充电过程中监测电流、电压和温度等参数，一旦发现异常情况，及时停止充电，并发出警报，保证充电过程的平安。
一文带你认识新能源汽车充配电总成
一文带你认识新能源汽车充配电总成由于关乎车辆的性能和成本，汽车零部件的集成化、标准化一直是业界努力的方向，要实现快速的产品迭代和平台化应用，标准化和集成化都是两大利器。
所谓集成化，就是对原本分立的系统进行集成，从而使得汽车相关组件数量精简，体积变小，质量变轻，效率提升。
比如比亚迪基于“e 平台”打造的电动汽车，正是通过高度集成、一体控制，实现了整车重量的减轻、整车布局的优化，能耗效率的提升和可靠性的提高，最终加速推动电动汽车的普及。
高压充配电总成三合一一般包括车载充电机（OBC）、高压配电盒（PDU）以及DC-DC转换器。
有些充配电总成还会在三合一的基础之上再集成双向交流逆变式电机控制器(VTOG)，也就是俗称的四合一。
一、车载充电机的组成和原理车载充电机内部可分为主电路、控制电路、线束及标准件三部分。
主电路前端将交流电转换为恒定电压的直流电，主电路后端为DC/DC变换器，将前端转出的直流高压电变换为合适的电压及电流供给动力蓄电池。
新能源汽车的车载充电机控制电路具有控制场效应管开关，它与BMS之间进行通信，监测充电机工作状态以及与充电桩握手等。
线束及标准件用于主电路与控制电路的连接，固定元器件及电路板。
车载充电机工作原理如图所示。
车载充电机的工作均由BMS发出指令进行控制，包括工作模式指令、动力蓄电池允许最大电压、充电充许最大电流、加热状态的电流值等。
充电机通过CAN总线与车辆进行通信，通信内容包括蓄电池单体、模块和总成的相关技术参数，充电过程中动力蓄电池的状态参数，充电机工作状态参数以及车辆基本信息等。
充电前，系统会自动检测动力蓄电池箱体内部的动力蓄电池温度，若温度高于55℃或低于0℃时，动力蓄电池管理系统将自动切断充电回路，此时无法充电。
若有低于0℃的温度点，则启动加热模式，加热继电器闭合进行加热，待所有电芯温度点都高于5℃时停止加热，然后启动充电程序，充电过程中充电桩电流显示为12~13A。
电动汽车车载充电机用AC_DC电路拓扑研究
电动汽车车载充电机用AC/DC电路拓扑研究发布时间：2021-05-20T14:47:39.957Z 来源：《中国电业》2021年5期作者：刘欢1，柴艳鹏1，沈懿璇2，韩帅2，陈晓2 [导读] 交错并联Boost PFC变流器是恒定输出电压开关电源最合适的电路拓扑之一。
刘欢1，柴艳鹏1，沈懿璇2，韩帅2，陈晓2河北大学电子信息工程学院保定 071002摘要：交错并联Boost PFC变流器是恒定输出电压开关电源最合适的电路拓扑之一。
本文将碳化硅功率器件应用到该变流器拓扑，采用此变流器作为电动汽车车载充电机前级AC/DC电路。
文章主要介绍了该变流器的工作原理，并对其特点进行分析讨论。
通过仿真与样机的实测，验证将碳化硅器件作为功率器件应用到交错并联Boost PFC电路中的可行性。
关键词：交错并联Boost PFC；碳化硅器件；电动汽车；车载充电机；AC/DC电路 0 引言近年来，电力电子技术迈入了迅速发展的道路上，这就对开关电源的效率、功率因数、损耗等提出了更高的要求[1]。
AD/DC开关电源应用广泛，大部分开关电源的前级AC/DC变流器采用桥式整流作为输入整流电路，这种整流电路转换效率低，特别是整流桥后的滤波电容会给电路引入高次谐波影响，最终导致电源的功率因数严重下降并且造成电源的效率低下[2]。
为进一步提高电源的效率，本文提出了一种有效提高功率因数的AC/DC变换器方案，所设计的交错并联Boost型PFC作为车载充电机的前级AC/DC变流器电路，使用碳化硅MOSFET功率器件作为开关器件[3]。
通过分析改进后电路的效率，得到电路元器件的参数。
最后通过理论分析与实验验证，将其与原有的传统Boost型PFC拓扑进行对比分析，证明了交错并联Boost型PFC在车载充电机应用中的可行性及稳定性。
1 车载充电机结构典型的两级式OBC电路结构如图1所示[4-5]。
前级AC/DC电路采用Boost型PFC，后级DC/DC电路采用隔离型全桥LLC谐振电路。
电动车车载充电机的工作原理
电动车车载充电机的工作原理
车载充电机是电动汽车中用于给动力电池充电的装置，它的工作原理主要涉及将交流电（AC）转换为直流电（DC）。
以下是车载充电机的工作原理：
1. 交流输入：车载充电机通过电网输入交流电。
2. 整流：交流电经过桥式可控整流电路整流，将其转换为直流电。
3. PFC调制：整流后的直流电经过PFC调制后级滤波，以提供稳定的直流电压。
4. 功率变换：经过PFC调制后的直流电提供给功率变换器，功率变换器将电力进行AC-DC变换，输出需要的直流电压。
5. 电容滤波：经过功率变换器输出的直流电再次经过电容滤波，以进一步平滑电压，为电动汽车动力电池进行充电。
车载充电机对电动汽车进行充电是电力从AC转换成DC的一个过程，也是一个电力电子系统的典型应用。
它利用电子元器件和电路控制将外部电源的交流电转换为电池所需的直流电，同时实现对电池的充电和保护。
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新能源汽车车载充电机OBC产业发展研究报告
新能源汽车车载充电机OBC产业发展研究报告01车载充电机概述新能源汽车车载充电机概念车载充电机将交流充电桩的交流电转换为动力电池所需的直流电，实现对动力电池的充电；使用交流充桩充电的新能源汽车需要搭载车载充电机。
新能源汽车车载充电机分类车载充电机根据结构分类可分为单向车载充电机、双向车载充电机和集成式车载充电机。
新能源汽车充电系统的组成新能源汽车充电系统包括车载充电机、高压动力电池、电池管理系统、整车控制器和充电桩五个部分；交流充电桩对动力电池进行充电时，需要通过车载充电机与BMS、VCU通并动态调整充电电压和电流。
新能源汽车车载充电机功能车载充电机具有与BMS、车辆监控系统通以及完备的安全防护等功能。
新能源汽车车载充电机的构成车载充电机由交流输入端口、功率单元、控制单元、低压辅助单元和直流输出端口五部分构成。
新能源汽车车载充电机技术参数车载充电机的技术参数主要包括输入电压、工作效率、功率因素、谐波、输出纹波、输出电压和输出电流等，QC/T 895-2011标准中对输入电压、电流及输出电压推荐值等提出明确要求。
新能源汽车车载充电机国内外标准体系国内外对车载充电机分别出台了相关技术规范、测试标准等，我国已发布行业推荐标准和国家标准征求意见稿。
新能源汽车车载充电机国内外标准体系车载充电机生产测试标准行业推荐标准已发布，因整车充电及安全标准的更新，目前国家正在制定国家推荐标准以适应市场需求，国家推荐标准的征求意见稿已发布，在行业标准的基础上进行了删减和增加。
2车载充电器技术分析新能源汽车车载充电机技术发展动力电池技术的快速发展推动了车载充电器的技术创新，车载充电器在大功率、新功能、一体化、新材料等方面取得了长足的进步。
新能源汽车车载充电机主流电路拓扑结构车载充电器的主流拓扑结构是两级结构。
高频、高功率因数和高效率是车载充电器的设计目标。
前级结构多采用buck 或boost等非隔离拓扑，后级结构多采用全桥移相或llc等隔离拓扑。
新能源汽车车载系统集成研究
新能源汽车车载系统集成研究新能源汽车是一种重要的创新型交通工具，其具有环保、高效、低排放等优势逐渐受到人们的青睐。
新能源汽车的核心技术之一就是车载系统集成，其设计合理与否直接影响到新能源汽车的性能和稳定性。
因此，深入研究新能源汽车车载系统集成，对于推动新能源汽车产业的发展具有极其重要的意义。
一、新能源汽车车载系统集成的定义及背景1.1 新能源汽车车载系统的概念新能源汽车车载系统是指整车所搭载的各种电子设备、传感器、控制单元等组成的系统。
它包括动力电池管理系统、电机控制器、能量管理系统、车载充电系统等，是新能源汽车实现驱动、充电、能量管理等功能的核心部件。
1.2 新能源汽车车载系统集成的重要性新能源汽车车载系统集成是指将各个系统、部件有机地结合在一起，并实现协同工作，以达到最佳的性能和效果。
一个良好的集成设计能够提高整车的综合性能，优化能源利用效率，延长电池寿命，提升驾驶体验，降低维护成本等。
1.3 新能源汽车车载系统集成的挑战由于新能源汽车的车载系统涉及到多个领域的技术，如电气、电子、通信、控制等，因此其集成面临诸多挑战。
如系统之间的互联互通、数据共享、功率平衡、故障检测与排除等问题都需要在设计和实践中得到克服。
二、新能源汽车车载系统集成的关键技术2.1 系统架构设计新能源汽车的车载系统涵盖了多个子系统，如动力系统、能源管理系统、车载充电系统等。
在设计阶段，需要合理划分系统模块，确定各个模块之间的关联和交互方式，建立系统的整体架构，确保各个模块能够有效衔接，实现协同工作。
2.2 车载通信与数据传输新能源汽车的车载系统各个部件之间需要进行即时的数据交换与通信，以实现系统的协同工作。
因此，需要设计并实现稳定可靠的数据传输通道，确保系统之间的信息传递畅通无阻。
同时，应考虑数据的安全性和保密性，避免信息泄露和被篡改。
2.3 能源管理与电池管理系统能源管理是新能源汽车车载系统集成中的一个重要环节，它涉及到能源的存储、分配、转换与利用等方面。
车载充电机工作原理
车载充电机工作原理
车载充电机是一种用于给电动汽车、混合动力汽车等充电的设备。
它的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：
1. 供电输入：车载充电机首先需要从外部电源获得电能，这通常是通过将充电机连接到家庭电网或公共充电桩上来实现的。
2. AC-DC转换：车载充电机将交流电能从外部电源转换为直
流电能，这是因为电动汽车及其电池系统一般需要直流电才能进行充电。
3. 电能传输：转换后的直流电能通过电缆传输到电动车的电池系统中。
为了保证传输效率和安全性，充电机通常使用高质量的电缆和连接器。
4. 充电控制：车载充电机内部配备了充电控制器，它通过与电动车的电池系统进行通信，根据电池的充电状态和所需电流进行调整，以实现最佳的充电效果和保护电池。
5. 充电保护：车载充电机还配备了多种保护功能，如过温保护、过流保护和短路保护等，以确保充电过程的安全性和稳定性。
总的来说，车载充电机通过将外部交流电能转换为内部直流电能，并将其传输到电动车的电池系统中，实现对电池的充电。
通过充电控制和保护功能，它可以有效地管理充电过程，确保充电效果和充电安全。
车载充电机结构原理
车载充电机结构原理
车载充电机是指固定安装在电动汽车上的充电机，其主要功能是为电动汽车的动力电池提供安全、可靠的充电服务。
以下是车载充电机的结构原理：
1. 输入端口：车载充电机通过输入端口与外部电源连接，一般使用交流电（AC）作为输入电源。
2. 整流滤波电路：输入的交流电经过整流滤波电路转换为直流电（DC），以供后续充电使用。
3. 功率因数校正（PFC）电路：为了提高能源利用效率和减少对电网的干扰，车载充电机会采用功率因数校正电路，对输入电流进行整形和调节，使其接近正弦波。
4. 逆变电路：将直流电转换为高频交流电，以便对电池进行充电。
5. 变压器：变压器用于将逆变后的高频交流电升压或降压到适合电池充电的电压。
6. 输出端口：经过变压器调整后的交流电通过输出端口连接到电动汽车的电池，为其提供充电。
7. 控制电路：控制电路用于监测和调节充电过程，包括充电电流、电压、温度等参数的控制，以确保充电安全和效率。
8. 通讯接口：部分车载充电机还具备与车辆的通讯接口，以便与车辆的电池管理系统（BMS）进行信息交互，实现智能充电管理。
总之，车载充电机通过将外部交流电转换为适合电池充电的直流电，实现对电动汽车电池的安全、高效充电。
其结构原理涉及到电源转换、控制和保护等多个方面，以满足电动汽车的充电需求。
HEVEV车载充电器(OBC)及DC-DC方案
200
• Higher power density • Ideal for High Power OBC systems
• Less paralleling MOSFETs Less space requirements Less critical for layout interferences of paralleling devices
Pout [W] 10M
SiC
Central PV*
Superjunction: 650V – 900V - Optimized HV solution SiC: 900V – 1200V - High power density performance
pile
1M
100k
OBC**
GaN: 650V - High frequency performance
By minimized Crss !
By internal Rg !
By carrier life time control !
4
10/23/2017
Public
SuperFET® III vs. SuperFET® II
250
Improved Rsp
199
Minimum Rds(on)(max) [mΩ]
October ,2018
May ,2018 November ,2017
72mΩ
March,2018
NVBL072N65S3 (Samples Q1,2018)
December ,2018
82mΩ
NVB082N65S3F (Samples Available)
April,2018
NVBL082N65S3F (Samples Q1,2018)
车载充电机的应用
图1 EV汽车电控系统3 车载充电机的特点车载充电机的特点可以用六个字概括：智能、安全、高效。
●高功率因数：交流输入采用有源功率（PFC）因数校正，功率因数≥0.98，实现绿色电网；●高效率：整机采用LLC谐振软开关变化技术，满载效率>94.0%，发热量小、可靠性高；●宽电压输入范围：90 VAC～264 VAC，满足国内外电网的需求；●安装方便：采用风冷式密封防水结构，温升比自然冷却低，整机可靠性高；●对电池采用智能充电：内置微处理器，充电过程下降时，自动恢复充电；●电池反接保护：电池接反时充电器内部电路与电池断开，不会损坏充电器；●空载保护：不接电池时无输出；●短路保护：输出短路时充电器内部电路与电池断开，只有当故障排除后重新接入电池才可恢复充电；●充满自动关机：充电器判断电池充满后自动关机。
通过以上分析可看出，车载充电机充分考虑车载使用的场合充电对人身和电动汽车的保护同时转换效率也比较高5 车载充电机目前常用的拓扑结构对于拓扑结构主要是PFC分。
PFC由两个独立升压转换器并联连接相工作，非常适合尺寸受限的大功率应用式PFC各部分的波形MOS控制信号交错式PFC电感纹波电流是反相的比为50%时，图2 全桥充电机能量转换图图3 电动机充电两种形式图4 交错式PFC图5 交错式PFC电流波形图6 串并联谐振LLC拓扑图7 PFC软件实现2）采用纯数字处理方式所谓数字的处理方式，就是通过专用的MCU进行车载充电机的电源算法，模拟硬件PFC和LLC的控制方式，同时具有更加灵活的控制方式，另外还可以规避硬件方式的缺点；目前在数字单片机进行电源算法的实现，通常使用16 bit或者32 bit MCU。
7 充电机数字电源设计实例开发人员使用采用交错式示。
软件实现电流和电压补偿时节入口参数使用到不同系统LLC半桥开发人员可以根据自己的设计的系统进行配置图9是三型补偿器8 结论车载Microchip为广大的车载工程师提供更合适开发设计的列控制芯片计软件，方便工程师进行参数的设置短产品最终上市时间参考文献：[1]Antonio Bersani,Alex Dumais and Sagar Khare Microchip Technology inc. AN1336 DC/DC LLC Reference Design Using the dsPIC DSC.[2]Meeravali Shaik Inc. AN1477 Digital Compensator Design for LLC Resonant Converter777.[3]Andreas Reiter and Alex Dumais Microchip Technology Inc.AN1421 Platinum-rated AC/DC Reference Design Using the dsPIC[4]邱慧.车载充电机拓扑结构对比[J].电子技术与软件工程,2017(8).图8 PFC软件流程图图9 Microchip DCDT数字补偿器模块配置。
车载充电机标准
车载充电机标准（最新版）目录1.车载充电机的定义与作用2.车载充电机的标准分类3.我国车载充电机标准的发展历程4.车载充电机标准的重要性5.车载充电机标准对行业的影响正文车载充电机，顾名思义，是指安装在车辆上，为电动汽车的动力电池提供充电功能的设备。
随着电动汽车的普及，车载充电机的技术要求和标准也愈发受到业界的关注。
本文将围绕车载充电机标准展开讨论，包括其分类、发展历程、重要性以及对行业的影响。
一、车载充电机的定义与作用车载充电机可以为电动汽车的动力电池提供直流充电和交流充电。
直流充电速度快，充电效率高，适用于快速充电站等场景；交流充电速度相对较慢，但使用方便，适用于家庭充电等场景。
车载充电机的主要作用是方便电动汽车用户随时随地为车辆充电，从而缓解电动汽车的续航里程焦虑。
二、车载充电机的标准分类车载充电机标准主要分为国际标准、国家标准和行业标准。
国际标准以美国SAE J1772、欧洲 IEC 62196 等为代表；国家标准则包括我国的 GB/T 20234 等；行业标准则主要由各大车企和充电设备制造商制定。
这些标准规定了车载充电机的接口、通信协议、充电参数等技术要求，为车载充电机的研发、生产和应用提供了技术指导。
三、我国车载充电机标准的发展历程我国车载充电机标准发展经历了几个阶段：1.2009 年，我国开始制定电动汽车充电设施相关标准，其中包括车载充电机标准；2.2011 年，我国发布 GB/T 20234-2011《电动汽车用充电机》，成为首个车载充电机国家标准；3.2015 年，随着电动汽车技术的快速发展，我国对车载充电机标准进行了修订，发布 GB/T 20234.1-2015《电动汽车用传导式充电机第 1 部分：通用要求》和 GB/T 20234.2-2015《电动汽车用传导式充电机第 2 部分：直流充电机》，进一步完善了车载充电机标准体系。
四、车载充电机标准的重要性车载充电机标准对于保障电动汽车充电安全、促进电动汽车产业健康发展具有重要意义。
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120
100
输入电压
输入、 输出电压/V 输入、 输出电流/A
80
60
40
输出电流
20
输出电压
0 输入电流
进行建模仿真，其仿真模型如图 2 所示。
PWM1
PWM2
断开
闭合
+ 220V
Q1
Q3
整流
PWM2 PWM1
Q2
Q4
g S
D g S D
g S
D g S D
L1
整流 2
+ 12V
1
1 时 MOS 管 导 通 ，charger 模 式
3
1 gS D
L2
整流
120V
图 2 Charger 模式仿真模型
按 2 kW 的输出功率需求， 可得到图 3 所示的 仿真结果： 输出高压约为 140 V， 充电电流约为 20 A。 可知该结果与需求基本相符。
Key words：Electric vehicle, Onboard charger, Integrated type
1 前言
电动汽车充电装置总体上可分为非车载充电装
置和车载充电装置。 非车载充电装置亦称地面充电 装置，包括专用充电机、专用充电站、通用充电机、公 共场所用充电站等， 它可以满足各种电池的各种充
主题词：电动汽车 车载充电器 集成式 中图分类号：U463.5 文献标识码：A 文章编号：1000－3703（2009）11－0020－04
Investigation on Integrated Onboard Charger for Electric Vehicle
Xiong Yun1，Zhong Zaimin1, Sun Zechang1, Niu Yuhang2 （1. Tongji University; 2.Shanghai Fuel Cell Vehicle Powertrain Co., Ltd） 【Abstract】Development and application of an integrated multi -functional onboard charger for electric vehicle is discussed in the paper on main circuit structure, operating principle and the main characteristics. The product design is verified and optimized with computer simulation technology. Finally prototype functional and performance test are carried out. The results show that the charger operates efficiently and stably, and suitable for onboard operation.
Charger 模式工作时，控制从动力蓄电池到车载 充电器变压器铁芯的原边绕组接触器切断， 作为高 压输出线路开关的 MOSFET 闭合，并使用 220 V 交
— 21 —
·设计·计算·研究·
流电为整个系统供电， 通过整流处理以及全桥变换
实现对动力蓄电池进行恒流充电的功能。 通过
Matlab 的 仿 真 工 具 箱 Sim Powersystem 对 该 充 电 机
B 柱外板/mm
0.7
变 量
B 柱内板/mm
0.7
B 柱加强板 1/mm 1.5
0.56 0.84 0.76 0.56 0.84 0.84 0.56 0.84 0.84 1.2 1.8 1.74
B 柱加强板 2/mm 2
1.6 2.4 2.34
前围板/mm 0.6
0.48 0.72 0.71
5 结束语
2009 年 第 11 期
现软开关的条件，通过采用全桥移相控制策略，实现 功率管（MOSFET）零电压开通（ZVS），显著提升了电 源转换效率。
d. 控制系统相对复杂。 由于集成了 Charger 和 DCL 功能， 并要求实现软开关达到高转换效率，因 此，控制系统必须实现两种工作模式的切换与保护， 两种工作模式的恒流、 恒压控制与功率限制等功能 导致了控制算法相对复杂。 2.2 集成式充电机的工作原理
开关 1 220V
Charger
Q1
Q3
Q2
Q4
开关 2 畜电池 1
开关 3DCLFra bibliotek畜电池 2图 1 集成式车载充电机结构图
由图 1 可知，该集成式充电机的变压器电路为一 组输入、两组输出；两组输出电路共用一组控制电路， 通过控制充电机变压器输入侧 4 个开关管的通、断 来实现不同的输入源对应不同的隔离输出电源。 因 此，该充电机的工作分为两个模式，其电路结构具有 以下特点：
140
120
电压
100
电 流/A、 电 压/V
80
60
电流
40
20
0
0
0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
0.12
时 间/s
图 3 Charger 模式仿真结果
3.2 DCL 模式仿真分析
在 DCL 模式下，控制从动力蓄电池到变压器原
边电源输入的接触器闭合， 作为高压输出线路开关
的 MOSFET 切 断 ，同 时 ，公 共 电 网 的 220 V 交 流 电
由图 1 可知， 通过对交流电输入以及动力蓄电 池供电继电器的控制，实现了两种工作模式的切换。 同时，在输出电流较小的高压输出端采用开关控制， 实现了高、低压的可控输出。 另外，结合目前电动车 的功率需求以及普通民用电源插座允许输出功率范 围，该集成式充电机的额定输出功率为 2 kW。
a. Charger 模式工作原理： 将公共电网的 220 V、50 Hz 交 流 电 进 行 整 流 （包 含 功 率 因 数 调 制 功 能）， 得到 312 V 的直流电源作为变压器的直流输 入，通过全桥变换以及整流处理，可以实现加大范围 的直流电压输出， 为不同电压等级的动力蓄电池充 电。 该模式通过闭环控制算法实现恒流输出与恒功 率保护等功能。
本文叙述了车身结构概念设计系统的特点和设 计流程， 着重论述了该系统所采用的关键技术以及 应用，利用该系统分析了某款轿车的弯曲刚度、扭转 刚度和模态，并与详细设计结果进行了对比，结果符 — 20 —
合车身结构概念阶段设计的要求， 能够从整体上预 测车身的整体性能。 此系统的开发从真正意义上实 现了车身结构设计的自动化和智能化软件的开发， 使车身结构概念设计的周期由原来的 3 个月缩短到 2 周，不仅大大缩短了开发周期，而且也为今后的车 身设计积累了经验。
3. 计算机仿真结果分析
针对目前某公司相关车型的需求， 相关参数如 下 ：Charger 模 式 下 ，功 率 为 2 kW，输 入 为 220 V 交 流电压，输出为 140 V 直流电压，采用恒定电流控制 模式；DCL 模式下，功率为 1.5 kW，输入为 140 V 直 流电压，输出为 13.5 V 直流 电 压 ，采 用 恒 定 电 压 控 制模式。 以此为基础，进行变压器铁芯的选型、变压 器原副边线圈匝数以及原副边线圈线径的确定。 3.1 Charger 模式仿真分析
输入断开，使用动力蓄电池作为变压器原边输入，为
12 V 低压蓄电池供电，其仿真模型如图 4 所示。
断开
+ 220V
整流
g S
D g S D
g S
D g S D
PWM1
PWM2
Q1
Q3
PWM2 PWM1
Q2
Q4
闭合
L1
整流 2
+ 12V
1 3
0 时 MOS 管 断 开 ，DCL 模 式
0
gS
D
L2
整流
参考文献 1 兰凤崇，陈吉清，林建国.轿车参数化分析模型的构造及应
用 .计 算 机 集 成 制 造 技 术 ,2005,11（2）：183~188. 2 Lan Fengchong, Chen Jiqing, Lin Jianguo. Research on
parameterized modeling and application for car. Computer Integrated Manufacturing Systems, 2005,11（2）：183~188. 3 Hidekazu Nishigaki, Tatsuyuki Amago, Hideki Sugiura, et al. First Order analysis for automotive body structure design -part 1:overview and applications. SAE 2004 -01 1658. 4 Vivek Bhise, Ghassan Kridli, Huzefa Mamoola. Development of a parametric model for advanced vehicle design.SAE 2004-01-0381.
2. 集成式充电机的电路结构与工作原理
该款集成式充电机主要针对上海燃料电池汽车 动力系统有限公司自主研发的高、低速微型电动车。 但从功能角度， 它也适合目前所有配备动力蓄电池 的电动汽车。 2.1 集成式充电机的主电路结构及特点
集成式车载充电机按照功能可划分为交直流高 压 充 电 器 （Charger）和 低 压 直 流 变 换 器 （DCL） 两 部 分，具体结构如图 1 所示。
a. 集成度高。 在交直流高压充电器基础上，在 变压器副边另外集成了一组绕组线圈以及对应的整 流电路， 实现了低压直流变换器的功能。 通过这种 集成方案，不仅降低了成本，而且大大减小了产品体 积，便于实现车载运行的要求。