什麼是車載OBC 車載充電機（On-board charger）簡稱 OBC，也稱為車載充電器，顧名思義就是固定在電動汽車上的充電器，具有對電動汽車動力電池安全、自動充電的能力，主要應用於必須“插電”充電的電動汽車，如純電動汽車（BEV，純電池驅動）和插電式混合動力汽車（PHEV）。新能源電動汽車的動力系統與傳統的燃油汽車不同，“三電”取代了傳統的油箱、發動機和變速箱等。“三電”主要包括驅動系統“大三電”（動力電池、電機控制器和電機），以及電源系統“小三電”（車載充電機 OBC、DC/DC 變換器和高壓配電盒 PDU）。其中車載充電機 OBC 是決定電動汽車充電功率和效率的關鍵部件之一，而二極體和 IGBT、SiC MOSFET 等功率半導體就是實現 OBC 直流電與交流電變換的關鍵器件。新能源汽車車載充電機（OBC, On-Board Charger）是一種專門安裝在電動汽車內部的電力電子設備，它的核心功能是從外部交流電網獲取電能，並將其轉換為適合車載動力電池充電的直流電。OBC作為電動汽車電力系統的一個關鍵組成部分，承擔著將交流充電樁提供的單相或三相交流電轉換為電池所需的恆壓恆流直流電的任務。 OBC的設計必須考慮到電池的安全性、充電效率、充電速度以及電池壽命等因素。它與電動汽車的電池管理系統（BMS）緊密配合，能夠實時監測電池的狀態，並據此動態調整充電電流和電壓，實施智能充電策略，確保電池在各種工況下都能得到最優的充電處理。 車載充電機的主要功能 - 交流轉直流：
- OBC內嵌有多重安全防護機制，包括過電壓保護、欠電壓保護、過溫保護、短路保護等，以保障充電過程的安全可靠。
- （AC-DC）轉換：
- 當電動汽車通過交流充電樁接入電網的交流電源時，OBC首先負責將電網提供的交流電轉換為穩定的直流電。這一過程中，OBC內部採用了整流和濾波技術，通常包含功率因數校正（PFC）電路和直流-直流（DC/DC）轉換器兩部分。
- PFC電路主要用於提高充電過程中的功率因數，減少諧波污染，確保充電電流與電網電壓同相位，從而高效利用電網資源。
- DC/DC轉換器則進一步將修正後的交流電轉換為適合電池組充電的恆壓恆流直流電，精確控制充電電壓和電流，防止對電池造成損害。
- 通信與控制：
- OBC與電動汽車的電池管理系統（BMS）及其他控制器通信，實時獲取電池的狀態參數（如剩餘電量、溫度、充電需求等）。
- 根據這些信息，OBC能夠實現智能充電，即根據電池的荷電狀態（SOC）和健康狀態（SOH）來調整充電速率和電壓，實現涓流充電、恆流充電和恆壓充電等不同階段的切換，以確保電池安全並延長其使用壽命。
- 安全保護與故障診斷
- OBC具備故障診斷功能，能夠實時監測自身的運行狀態，並在檢測到異常情況時立即停止充電，必要時進行自我修復或向車輛控制器報告故障信息。
- 能量管理：
- 在某些高級OBC設計中，還可能集成雙向充電功能，即除了將電網交流電轉換為電池充電的直流電之外，也能將電池存儲的直流電逆變成交流電回饋到電網，實現V2G（Vehicle-to-Grid）功能。
電路原理圖設計
在一般的設計中會包含以下幾個主要的部分： - 功率因數校正（PFC）電路：
- PFC電路用於將輸入的交流電轉換為直流電，並提高功率因數至接近1，減少電網負載畸變，符合相關電磁兼容標準。PFC常用拓撲有Boost、Active Clamp Boost等。
- 整流橋：
- 輸入端通常會有整流橋，將單相或三相交流電轉換為 pulsating 直流電。
- 隔離變壓器或高頻變壓器：
- 在某些設計中，為了避免直接高壓接觸，會在主變換之前加入隔離變壓器以保證電氣安全。
- 主變換器：
- 主變換器負責將PFC輸出的直流電轉換為適合電池充電的恆壓或恆流直流電，典型拓撲有半橋LLC諧振變換器、全橋變換器等。
- 二次側穩壓及電池接口：
- 包括二次側整流濾波電路，以及與電池管理系統（BMS）接口的控制電路，用於實現對電池充電過程的精密控制，如CC/CV充電模式（恆流/恆壓）切換、充電電流限制、電池電壓監控等。
- 控制電路：
- 控制電路包含微控制器單元（MCU）和相應的驅動電路，MCU依據BMS的數據指令，實時調整PWM信號以控制開關器件的動作，確保充電電流和電壓準確無誤。
- 保護電路：
- 包括過流、過壓、欠壓、過熱等保護措施，確保充電機在異常情況下能迅速切斷充電迴路，防止電池受損或安全事故的發生。
- 通信接口：
- 與車輛CAN總線或其他通信協議進行連接，接收車輛其他系統（如VCU、BMS等）的指令，實現充電機與整車信息交互。
- 單向車載充電機（Uni-Direction On-Board Charger）：功率單向流動，一般採用高頻開關電源技術，拓撲結構分為單級式結構和兩級式結構；只有充電功能。
- 雙向車載充電機（Bi-Direction On-Board Charger）：功率雙向流動，多採用兩級變換結構，由雙向 AC-DC 變換器和雙向 DC-DC 變換器構成；既有充電功能，同時還有逆變功能。①充電功能：從電網取電，經由地面交流充電樁、交流充電口，連接至車載充電機，給車載動力電池進行充電。②逆變功能V2L（Vehicle to Load）逆變功能：從車載動力電池取電，經由雙向車載充電機、交流充電口、專用的V2L交流電插座板，給地面電氣設備提供220VAC交流電；V2G（Vehicle-to-grid）逆變功能：從車載動力電池取電，經由雙向車載充電機、交流充電口、地面交流充電樁，連接至電網。
- 集成式車載充電機：
- ①OBC、DC-DC、PDU等車載電源的集成：OBC+DC-DC二合一集成、OBC+DC-DC+PDU三合一集成；
- ②電機、電控、減速器、OBC、DC-DC、BMS等電驅+車載電源的集成：多合一集成。
使用中常見的問題 - 充電失敗或無法啟動充電：
- 保險絲熔斷：充電機內部或外部的保險絲可能因電流過大等原因熔斷，導致無法正常供電。
- 電池管理系統（BMS）故障：BMS與OBC之間的通信出現問題，無法正確傳輸電池狀態數據，導致充電無法啟動或中斷。
- 充電接口損壞：充電插座或連接器損壞，導致物理連接不良或無法通電。
- 充電速度慢或不穩定：
- OBC功率限制：車載充電機本身的額定功率較小，導致充電速度受限。
- 散熱不良：OBC內部熱量過高，出於保護目的，設備自動降低充電功率，影響充電速度。
- 電網電壓波動：電網電壓不穩定，特別是峰值負荷期間，可能導致OBC工作效率下降。
- 充電電流不準確或跳變：
- 內部元件老化或失效：OBC內部元器件如電容、電阻、IGBT等出現老化或損壞，導致輸出電流不穩或無法按照預定曲線充電。
- 軟體錯誤：OBC固件存在bug，導致充電算法計算錯誤，影響充電電流控制。
- 發熱嚴重：
- 散熱系統失效或設計不合理，長時間充電會導致OBC內部溫度過高，進而觸發保護機制停止充電。
- 噪聲過大：
- 高頻電磁干擾（EMI）設計不足，導致OBC在工作時產生較大噪音，影響用戶體驗。
- 充電結束但電池未滿：
- 電池老化或故障：電池本身性能下降，無法吸收足夠的電量，表現為充電時間長但電量不滿。
- OBC與BMS協同問題：OBC未能準確響應BMS發出的充電指令，導致充電提前終止。
- 安全防護失效：
過壓、欠壓、過溫保護失靈：在異常條件下，OBC應有的保護機制未正常啟動，可能存在安全隱患。 | 
