新能源汽车车载充电机(OBC)技术全面解析:从工作原理到应用实例

OBC,即车载充电机(On-board charger),是专门为汽车动力电池充电的电力电子装置。

定义

电动汽车车载充电机,凭借其高频开关电源技术,肩负着将交流220V电能高效转换为高压直流电的重任,从而为动力电池提供稳定的充电支持,确保车辆顺畅行驶。此外,它还具备多项保护功能,如过压、欠压、过流及欠流保护等,以确保在充电系统出现异常时能迅速切断电源,保障使用安全。

内部构造详解

电动汽车车载充电机的内部构造精密且复杂。它主要包含输入整流滤波模块、功率因数校正模块、DC/DC变换模块以及输出整流滤波模块等多个关键部分。这些模块协同工作,共同完成电能的高效转换与充电支持。同时,充电机还配备了多种保护功能,确保在异常情况下能迅速切断电源,保障用户安全。


电动汽车车载充电机的内部构造,可细分为三个核心部分:主回路、控制电路,以及线束和标准件。这些部分相互关联,共同构成了充电机精密且复杂的内部系统。

转化原理详解:

220Vac首先经过EMI滤波电路进行滤波处理,随后通过一次AC-DC转换器完成整流,将交流电(AC)转化为直流电(DC)。接着,PFC功率因数校准电路对整流后的电压进行升压。之后,该电压会经过开关和变压器进行变频升压,再经过LLC模块进行第二次整流滤波,最终输出高压直流电为动力电池充电。值得注意的是,由于第一次整流后的电压(220Vac到310Vdc)不足以满足充电需求,因此需要进行两次升压转化。

主回路构造:

主回路电路一般包含两个主要部分。前级是功率因数校正PFC模块,其作用是提升输入功率因数并抑制高次谐波,以提高电能利用率、减少转化损耗。后级则是DCDC转换器,即LLC模块,它负责满足电池充电对电流和电压的特定要求,并实现电气隔离,确保充电过程的安全与稳定。

控制电路:

控制电路负责接收传感器、ECU和IGBT驱动等提供的信号,并执行充电控制任务。其核心作用在于控制MOS管的开关,与BMS进行数据交互,实时监测充电机的工作状态,以及与充电桩进行握手以确保充电过程的顺畅进行。

线束及标准件:

线束作为主电路及控制电路连接的桥梁,起着至关重要的作用。它不仅连接了各种元器件,还固定了电路板,确保了充电机的稳定运行。

充电机指示灯:

充电机上的指示灯,如同其运行的晴雨表,通过不同的闪烁模式,向用户传递着充电机的运行状态。它能够及时反映充电机的各种情况,如正常工作、故障预警等,从而帮助用户及时掌握充电机的动态。
交流电源指示灯:在接通交流电后,该指示灯会亮起,表明电源已正常接入。
工作指示灯:当充电机与电池连接并进入充电状态时,此指示灯会亮起,表示充电机正在正常工作。
报警指示灯:若充电机内部出现故障或操作不当,该指示灯会亮起,以警告用户注意。

常见问题与解决方法

不充电且电源交流灯不亮:需检查高压充电母线是否与充电机直流输出连接良好,并确认电池接触器已闭合。
不充电且警告灯闪烁:应检查输入电压是否在170VAC~263VAC范围内,同时确保输入电缆的截面积至少为5mm²。
警告灯闪烁且风扇不转:这可能是过热告警,需清理风扇上的灰尘。

车载充电机故障信号解析

车载充电机故障信息会通过CAN总线传输至总线上,以便及时发现并处理故障。常见故障包括:

12V低压供电异常。当充电机的12V模块出现问题时,BMS和仪表等设备由于缺乏唤醒信号而无法与充电机正常通讯。判断此类故障的方法之一是在交流上电时,注意电池是否发出继电器闭合的声音,若无此声音,则可能12V供电异常。此时,需要检查低压保险盒内充电唤醒的保险及继电器,以及充电机端子是否出现退针情况。

充电机检测的电池电压不满足要求。在充电过程中,BMS能够正常工作,但充电机在开始工作前会检测动力电池的电压。若动力电池电压超出工作范围,充电机将无法正常工作,认为电池不满足充电条件。此情况可能由高压插件端子退针、高压保险熔断或电池电压超出工作范围引起。

充电机与充电桩握手不正常。充电机在工作过程中会检测与充电桩之间的握手信号。若CC开关断开,充电机将判断即将拔掉充电枪,此时会停止工作以防止带电插拔,从而保护充电枪端子的寿命。

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