電動(dòng)汽車作為新潮炫酷，還兼具節(jié)能環(huán)保的交通工具，許多人包括ROHM君，都將眼光聚焦在電動(dòng)汽車的續(xù)航能力上，這一點(diǎn)與我們今天的主人公——車載充電機(jī)緊密相關(guān)。 車載充電機(jī)（On Board Charger）是指固定安裝在電動(dòng)汽車上的充電機(jī)，其主要功用是為電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池安全、快速、便捷地充滿電。根據(jù)對電動(dòng)汽車的充電方式，充電可分為交流充電和直流充電兩大類。交流充電給普通純電動(dòng)轎車充滿電需要4~5個(gè)小時(shí)，俗稱“慢充”。直流充電具備直接給電池充電的能力，俗稱“快充”。本文將重點(diǎn)介紹一下車載充電機(jī)。 內(nèi)容概要： 介紹車載充電機(jī)概覽 1） 介紹車載充電機(jī)的基本原理 2） 介紹車載充電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和主要電路 3） 介紹車載充電機(jī)未來發(fā)展 純電動(dòng)汽車或者插電式混合動(dòng)力汽車的車載充電機(jī)是一種直流充電裝置，其電壓是跟原車搭配的電池相同，依據(jù)電池管理系統(tǒng)的管控命令，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)充電電流與電壓參數(shù)，完成電動(dòng)汽車充電過程的核心部件。車載充電機(jī)作為一個(gè)電力電子系統(tǒng)，主要由功率電路和控制電路組成。功率電路是由交流整壓、變壓器和功率管組成的，DC/DC變換器是其重要組成部分。控制電路實(shí)現(xiàn)與電源管理的串行通信，并根據(jù)需求來控制功率驅(qū)動(dòng)電路輸出一定的電壓和電流。通常對于整車廠來說，車載充電機(jī)的要求是低成本、尺寸小、重量輕、壽命長，同時(shí)具備高可靠性和高安全性，目前主流的車載充電機(jī)功率一般是3.3kw和6.6kw。 圖示1-車載充電機(jī) 車載充電機(jī)的主要參數(shù)有輸入電壓范圍、輸出電壓范圍、充電功率和變換效率。另一種區(qū)分方式是單向和雙向，前者僅作為單向的電網(wǎng)對電動(dòng)汽車充電；后者也可以通過電動(dòng)汽車給外部接口放電，作為應(yīng)急或者V2G電網(wǎng)功率調(diào)節(jié)使用。作為一種汽車電子部件，要保證在整個(gè)汽車生命周期內(nèi)可靠穩(wěn)定運(yùn)行，其要求是不低的，需要滿足-40°~85°的工作溫度、IP67的防水能力、承受長時(shí)間的震動(dòng)顛簸、戶外的日曬雨淋、滿足長達(dá)5年10萬公里的可靠性要求。 圖示2-車載充電機(jī)的兩種基本類型 表1-典型的車載充電機(jī)規(guī)格表 第一部分：車載充電機(jī)基本原理 如前所述，車載充電機(jī)如下圖所示，一般有以下的接口： 1） AC輸入端：連接從交流充電插座進(jìn)來的連接器 2） DC輸出端：車載充電機(jī)輸出到電池的部分 3） 低壓控制接口：車載充電機(jī)與BMS和外部連接的低壓接口 4） 液冷輸入和輸出流道接口：冷卻液流入和流出充電機(jī)的部分 圖示3-車載充電機(jī)連接概覽 從充電電源模塊而言，分為整流、PFC、DC/DC變壓幾個(gè)部分，有1~2獨(dú)立的控制器整流和變壓部分，如下圖所示。 圖示4-車載充電機(jī)分解圖 以下藍(lán)色的部分為羅姆可以提供的一些器件。從另一角度劃分，我們也可以把車載充電機(jī)劃分為主回路電源部分和充電控制主板。其中充電控制主板主要是對電源部分進(jìn)行控制、監(jiān)測、計(jì)量、計(jì)算、修正、保護(hù)以及與外界網(wǎng)絡(luò)通信等功能，是車載充電機(jī)的“中樞大腦”，電源部分主要作用是將220伏交流電轉(zhuǎn)化為300多伏的直流電，電源部分又分為PFC和LLC兩部分，實(shí)際上我們可以把PFC看作是AC/DC，而把LLC看作是DC/DC。 圖示5-充電機(jī)系統(tǒng)的核心部件概覽 第二部分：車載充電機(jī)的電路細(xì)節(jié) 如前圖4是車載充電機(jī)的分解圖，下圖6是車載充電機(jī)是車載充電機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖。第一部分是輸入濾波器（EMI濾波器），對于車載充電機(jī)而言是非常重要抑制EMC的手段。 圖示-6車載充電機(jī)細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu) 下面談一下PFC電路：從交流變換到直流，交流的電壓和電流之間有一個(gè)夾角，夾角容性會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電波，這會(huì)影響中間的效率，因?yàn)橹虚g有一個(gè)夾角，這個(gè)夾角是CSIN值。PFC是分壓電路，現(xiàn)在為了將整個(gè)系統(tǒng)效率提高，往往采用無橋的PFC這種新的結(jié)構(gòu)來直接工作。無橋的PFC效率可以明顯增高，但會(huì)引起共模和噪音，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)上需要對散熱和PFC板進(jìn)行改進(jìn)。 圖示7-PFC電路 在MOSFET中，羅姆以高速SW為特征的R60xxKNx系列建議專門用于低損耗、高效率電源電路上，在產(chǎn)品中內(nèi)置二極管的節(jié)能元器件。分為三種系列： * 低噪聲型R60xxENx系列 * 高效率型 R60xxKNx系列 * 快速恢復(fù)體二極管型 R60xxMNx系列 圖示8-羅姆的MOSFET的效果 移相控制的全橋PWM變換器是最常用的中大功率DC/DC變換電路拓?fù)湫问街弧Ｒ葡郟WM控制方式利用開關(guān)管的結(jié)電容和高頻變壓器的漏電感或原邊串聯(lián)電感作為諧振元器件，使開關(guān)管能進(jìn)行零電壓開通和關(guān)斷，從而有效地降低了電路的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲，減少了器件開關(guān)過程中產(chǎn)生的電磁干擾，為變換器提高開關(guān)頻率、提高效率、減小尺寸及減輕質(zhì)量提供了良好的條件。在DC/DC部分為了提高效率通常用LLC諧振實(shí)現(xiàn)ZVS和ZCS，最終達(dá)到高效。 LLC的拓?fù)浔仨氁箝_關(guān)頻率高，才能體現(xiàn)他的優(yōu)勢，通常采用cool-MOS或者用SIC的MOSFET，但這些MOS功率很難做很大。 整流橋 PFC 移相全橋---車型代表：日產(chǎn)聆風(fēng)LEAF，90% 整流橋 PFC LLC---代表：特斯拉，93%優(yōu)點(diǎn)：隔離安全性較高。LLC相比移相全橋的效率更高，電磁兼容性更好；缺點(diǎn)：元器件較多，控制算法復(fù)雜 變壓器在使用中也是起著決定性作用的，平板變壓器由PCB預(yù)置線在電路板上結(jié)合而成，不會(huì)有很多冗余的線，另外現(xiàn)在工藝的手段都在向平板設(shè)計(jì)發(fā)展。 圖示9-充電機(jī)內(nèi)的DC/DC電路 第三部分：車載充電機(jī)未來發(fā)展 車載充電機(jī)的發(fā)展方向是小型化和輕量化，如下圖所示kW/L和kW/kg都在快速增加。整個(gè)功率等級也開始從3.3kW往6.6kW的主流轉(zhuǎn)變。 圖示10-車載充電機(jī)小型化輕量化發(fā)展 未來在單相往三相的發(fā)展過程中，11kW和21kW的低價(jià)化也是一個(gè)核心的趨勢。 今日小結(jié) 發(fā)展新能源汽車是解決環(huán)境污染和能源危機(jī)，推動(dòng)我國汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實(shí)現(xiàn)我國汽車產(chǎn)業(yè)由大到強(qiáng)、跨越式發(fā)展的關(guān)鍵。車載充電機(jī)的技術(shù)發(fā)展，為新能源汽車實(shí)用化和大眾化提供了強(qiáng)有力的支撐。 經(jīng)過今天由里到外對車載充電機(jī)的解讀，大家一定明白了其工作原理及發(fā)展方向，那么我們將如何實(shí)現(xiàn)發(fā)展呢？提出問題，但沒準(zhǔn)備解決辦法不是好青年，在下期我們將上場SiC器件，有了它的助力，車載充電機(jī)將帶給大家怎樣的驚喜呢？敬請關(guān)注吧。 廠商信息： (mbbeetchina)