OBC （车载充电机）概述

关键字 : OBC 车载充电机 QCT 895-2011 GB/T 18487.1-2001

随着国家对空气质量的要求越来越高，对汽车行业也是一个不小的挑战，所以新能源汽车的发展是非常有必要的，现在新能源汽车的市场越来越大，发展的潜力是巨大的，与传统汽车相比较，新能源汽车有三大核心部件，分别是：

“电池”总成，指电池和电池管理系统
“电机”总成，指电动机和电动机控制器
“电控”总成，包含车载充电机、车载 DC/DC 变换器、电动空调、PTC、高压配电盒和其他高压部件，主要部件是车载充电机和车载DC/DC 变换器

图 1. 新能源汽车系统总成结构示意图

今天我要给大家介绍的是车载充电机，很多人不熟悉，那就一起来了解一下吧。

一、OBC 简介

OBC 全称是 On-Board Charger，中文叫车载充电机，是目前基本所有电动乘用车、插电混动乘用车的标配。

车载充电机是指固定安装在电动汽车上的充电机，具有为电动汽车动力电池，安全、自动充满电的能力，充电机依据电池管理系统（BMS）提供的数据，

能动态调节充电电流或电压参数，执行相应的动作，完成充电过程。

图 2. OBC 产品实物

在电动汽车 CAN 总线通讯拓扑结构中，车载充电机作为一个节点，挂在CAN 总线上，通过 CAN 与整车控制器交换数据。

图 3. OBC在电动汽车上的位置

二、OBC （车载充电机）组成及工作原理

图 4. OBC 结构示意图

组成及原理

上图是标准《QCT 895-2011 电动汽车用传导式车载充电机》中的充电机结构示意图。车载充电机主要的组成部分包括：输入端口，控制单元，
功率单元，低压辅助单元和输出端口。

① 输入接口：

7 个pin 口，三类连接，包括高压电源连接、高压中性线；车辆底盘地；低压信号的充电连接确认和控制确认。标准的输入接口采用工频单相输入 220V 电压。
但如果功率需要，也可以启用两个备用 Pin 口（Pin 口 NC1，NC2），可以实现 380V 输入。

② 控制单元：

采样输出电流和电压，经过处理后将实时值传递给 PID （一种闭环自动控制技术，是比例、积分、微分控制器的简称）控制回路，
由控制器比较测量值与期望值之间的差距，再将调节要求传递给 PWM 回路（PWM 脉冲宽度调制技术），用脉冲宽度变化去控制高压回路中功率器件的开闭时间的长短，
最终实现输出电流和电压尽量接近于主控系统要求的数值。

③ 低压辅助单元：

一个标准低压电源，输出电压 12V 或者 24V，用于充电期间，给电动汽车上的用电器供电，比如电池管理系统、热管理系统、汽车仪表等。

④ 功率单元：

包括输入整流，逆变电路和输出整流 3 个部分，将输入的工频交流电转化成适合动力电池系统能够接受的适当电压的直流电。
⑤ 输出端口：

包括低压辅助电源正负极两个 Pin 口，高压充电回路正负极两个 Pin 口，底盘地，通讯线 CANH 和 CANL （还可以有 CAN 屏蔽），充电请求信号线。
其中，高压连个 Pin 口与电池包相连；充电请求信号线用于充电机的输入端口与外部电源之间完成充电连接确认以后，通过“充电请求信号”
线向车辆控制器发送充电请求信号，同时或延时一小段时间后，用低压辅助电源给整车供电。

工作过程

   当使用 OBC 对电动汽车进行充电时，是按照《QCT 895-2011 电动汽车用传导式车载充电机》附录 A 控制引导电路作为充电接口连接状态及 OBC 输出的判断。
   该电路参照 GB/T 20234.2-2011 附录 A 控制导引电路设计

图 5. 车载充电机输入控制引导电路

OBC 输入控制导引电路

1.1 车辆插头与插座插合，使车辆处于不可行驶状态

将车辆插头与车辆插座插合后，车辆的总体设计方案可以自动启动某种触发条件（如打开充电门、插头与插座或者对车辆的充电按钮、开关等进行功能触发设置），
通过互锁或者其他控制措施使车辆处于不可行驶状态

1.2 确认车辆接口完全连接

电动汽车控制装置通过图 5 中检测点 3 的电压值，判断车辆插头与车辆插座是否已经连接。

1.3 确认充电连接装置是否已完全连接

在操作人员对供电设备完成充电启动设置后，如供电设备无故障，并且供电就扣已完全连接，则闭合 S1，供电控制装备发出 PWM 信号。
电动汽车车辆控制装置通过测量图 5 中检测点 2 的 PWM 信号，判断充电连接是否已完全连接。

OBC 输出控制导引电路（图 6）

   图 6. 车载充电机输出控制引导电路
   2.1 车辆准备就绪

   2.1.1 在电动汽车和供电设备建立电气连接和 OBC 完成自检并通过图 5 中检测点 2 的 PWM 信号确认充电额定电流值（根据充电装置的交流电特性）。
OBC 给电动车辆控制装置发送充电感应请求信号，同时或者延时（例 100ms）后给车辆控制装置供电。根据充电协议进行信息确认，
若需充电则电动车辆控制装置发送需充电报文并控制充电接触器闭合， OBC 按所需功率输出。

2.1.2 车辆控制装置通过判断图 5 中检测点 2 的 PWM 信号占空比确认供电设备当前能提供的最大充电电流值。车辆控制装置对供电设备、
   充电连接装置及 OBC 的额定输入电流值进行比较，将其最小值设定为 OBC 当前最大允许输入电流。当判断充电连接装置已完全连接，
   并完成 OBC 最大允许输入电流设置后，车辆控制装置控制图 6 中 K3、K4 闭合， OBC 开始对电动汽车进行充电。

2.2 充电过程的监测

充电过程中，车辆控制装置可以对图 5 中检测点 3 的电压值 PWM 信号占空比进行监测，供电控制装置可以对图 5 的电压值进行监测。

2.3 充电系统的停止

在充电过程中，当充电完成或者因为其他不满足条件时，车辆控制装置发出充电停止信号给 OBC，OBC 停止直流输出、CAN 通讯和低压辅助电源输出。

三、功能特点

具备高速 CAN 网络与 BMS 通信的功能，判断电池连接状态是否正确；获得电池系统参数、及充电前和充电过程中整组和单体电池的实时数据。
可通过高速 CAN 网络与车辆监控系统通信，上传充电机的工作状态、工作参数和故障告警信息，接受启动充电或停止充电控制命令。
完备的安全防护措施：

交流输入过压保护功能。
交流输入欠压告警功能。
交流输入过流保护功能。
直流输出过流保护功能。
直流输出短路保护功能。
输出软启动功能，防止电流冲击。
在充电过程中，充电机能保证动力电池的温度、充电电压和电流不超过允许值；并具有单体电池电压限制功能，自动根据BMS的电池信息动态调整充电电流。
自动判断充电连接器、充电电缆是否正确连接。当充电机与充电桩和电池正确连接后，充电机才能允许启动充电过程；当充电机检测到与充电桩或电池连接不正常时，立即停止充电。
充电联锁功能，保证充电机与动力电池连接分开以前车辆不能启动。
高压互锁功能，当有危害人身安全的高电压时，模块锁定无输出。
具有阻燃功能。