電動(dòng)汽車(chē)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(chē)的續(xù)航能力上，這一點(diǎn)與我們今天的主人公——車(chē)載充電機(jī)緊密相關(guān)。

車(chē)載充電機(jī)（OnBoardCharger）是指固定安裝在電動(dòng)汽車(chē)上的充電機(jī)，其主要功用是為電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池安全、快速、便捷地充滿(mǎn)電。根據(jù)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的充電方式，充電可分為交流充電和直流充電兩大類(lèi)。交流充電給普通純電動(dòng)轎車(chē)充滿(mǎn)電需要4~5個(gè)小時(shí)，俗稱(chēng)“慢充”。直流充電具備直接給電池充電的能力，俗稱(chēng)“快充”。本文將重點(diǎn)介紹一下車(chē)載充電機(jī)。

內(nèi)容概要：

介紹車(chē)載充電機(jī)概覽

1）介紹車(chē)載充電機(jī)的基本原理

2）介紹車(chē)載充電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和主要電路

3）介紹車(chē)載充電機(jī)未來(lái)發(fā)展

純電動(dòng)汽車(chē)或者插電式混合動(dòng)力汽車(chē)的車(chē)載充電機(jī)是一種直流充電裝置，其電壓是跟原車(chē)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(chē)充電過(guò)程的核心部件。車(chē)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?？刂齐娐穼?shí)現(xiàn)與電源管理的串行通信，并根據(jù)需求來(lái)控制功率驅(qū)動(dòng)電路輸出一定的電壓和電流。通常對(duì)于整車(chē)廠來(lái)說(shuō)，車(chē)載充電機(jī)的要求是低成本、尺寸小、重量輕、壽命長(zhǎng)，同時(shí)具備高可靠性和高安全性，目前主流的車(chē)載充電機(jī)功率一般是3.3kw和6.6kw。

車(chē)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(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電；后者也可以通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)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(chē)電子部件，要保證在整個(gè)汽車(chē)生命周期內(nèi)可靠穩(wěn)定運(yùn)行，其要求是不低的，需要滿(mǎn)足-40°~85°的工作溫度、IP67的防水能力、承受長(zhǎng)時(shí)間的震動(dòng)顛簸、戶(hù)外的日曬雨淋、滿(mǎn)足長(zhǎng)達(dá)5年10萬(wàn)公里的可靠性要求。

第一部分：車(chē)載充電機(jī)基本原理

如前所述，車(chē)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(lái)的連接器

2）DC輸出端：車(chē)載充電機(jī)輸出到電池的部分

3）低壓控制接口：車(chē)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

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。

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(chē)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(duì)電源部分進(jìn)行控制、監(jiān)測(cè)、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(chē)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。

第二部分：車(chē)載充電機(jī)的電路細(xì)節(jié)

如前圖4是車(chē)載充電機(jī)的分解圖，下圖6是車(chē)載充電機(jī)是車(chē)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(duì)于車(chē)載充電機(jī)而言是非常重要抑制EMC的手段。

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(wú)橋的PFC這種新的結(jié)構(gòu)來(lái)直接工作。無(wú)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(duì)散熱和PFC板進(jìn)行改進(jìn)。

在MOSFET中，羅姆以高速SW為特征的R60xxKNx系列建議專(zhuān)門(mén)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：

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?。移相PWM控制方式利用開(kāi)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(kāi)關(guān)管能進(jìn)行零電壓開(kāi)通和關(guān)斷，從而有效地降低了電路的開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)噪聲，減少了器件開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的電磁干擾，為變換器提高開(kāi)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_(kāi)關(guān)頻率高，才能體現(xiàn)他的優(yōu)勢(shì)，通常采用cool-MOS或者用SIC的MOSFET，但這些MOS功率整流橋+PFC+移相全橋---車(chē)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。

第三部分：車(chē)載充電機(jī)未來(lái)發(fā)展

車(chē)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(jí)也開(kāi)始從3.3kW往6.6kW的主流轉(zhuǎn)變。

未來(lái)在單相往三相的發(fā)展過(guò)程中，11kW和21kW的低價(jià)化也是一個(gè)核心的趨勢(shì)。

小結(jié)

發(fā)展新能源汽車(chē)是解決環(huán)境污染和能源危機(jī)，推動(dòng)我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)由大到強(qiáng)、跨越式發(fā)展的關(guān)鍵。車(chē)載充電機(jī)的技術(shù)發(fā)展，為新能源汽車(chē)實(shí)用化和大眾化提供了強(qiáng)有力的支撐。