車載充電機

車載充電機是指固定安裝在電動汽車上的充電機，具有為電動汽車動力電池，安全、自動充滿電的能力，充電機依據電池管理系統（BMS）提供的數據，能動態調節充電電流或電壓參數，執行相應的動作，完成充電過程。

基本介紹

• 中文名：車載充電機
• 外文名：On-board Charger
• 簡介：安全、自動充滿電的能力
• 功能介紹：交流輸入過壓保護功能
• 相關企業：北京凱源新能科技有限公司
• 領域：能源

簡介

車載充電機是指固定安裝在電動汽車上的充電機，具有為電動汽車動力電池，安全、自動充滿電的能力，充電機依據電池管理系統（BMS）提供的數據，能動態調節充電電流或電壓參數，執行相應的動作，完成充電過程。

功能介紹

（1）具備高速CAN網路與BMS通信的功能，判斷電池連線狀態是否正確；獲得電池系統參數、及充電前和充電過程中整組和單體電池的實時數據。

（2）可通過高速 CAN網路與車輛監控系統通信，上傳充電機的工作狀態、工作參數和故障告警信息，接受啟動充電或停止充電控制命令。

（3）完備的安全防護措施：

· 交流輸入過壓保護功能。

· 交流輸入欠壓告警功能。

· 交流輸入過流保護功能。

· 直流輸出過流保護功能。

· 直流輸出短路保護功能。

· 輸出軟啟動功能，防止電流衝擊。

· 在充電過程中，充電機能保證動力電池的溫度、充電電壓和電流不超過允許值；並具有單體電池電壓限制功能，自動根據BMS的電池信息動態調整充電電流。

· 自動判斷充電連線器、充電電纜是否正確連線。當充電機與充電樁和電池正確連線後，充電機才能允許啟動充電過程；當充電機檢測到與充電樁或電池連線不正常時，立即停止充電。

· 充電聯鎖功能，保證充電機與動力電池連線分開以前車輛不能啟動。

· 高壓互鎖功能，當有危害人身安全的高電壓時，模組鎖定無輸出。

· 具有阻燃功能。

相關企業

北京凱源新能科技有限公司位於北京市海淀區光華創業園內，是北京市認證的高新技術企業。

凱源新能集產、學、研、銷為一體，為顧客提供全方位一體式服務。公司以清華大學和北京航空航天大學科研力量為依託，在創建伊始就把產品定位在符合國家新能源產業政策方向上，根據自身優勢，專門從事電動車輛充電機(站)產品系列、專業電動汽車充電樁、大功率開關電源等產品的研究、開發、生產和銷售。

公司擁有一支高素質研發隊伍。員工大都來自清華等重點大學相關專業，具有豐富的研發經驗和深厚的技術積累，依託北京各重點大學及相關科研院所和中關村科技園區的創新產業環境，依靠強大的外圍智力支持，通過自主開發、聯合研製等多種模式確保了公司產品在業界的技術領先地位。

車載充電機是指安裝在車上的充電系統。發展新能源汽車是解決環境污染和能源危機，推動我國汽車產業轉型升級，實現我國汽車產業由大到強、跨越式發展的關鍵。車載充電機的技術發展，為新能源汽車實用化和大眾化提供了強有力地支撐。介紹了充電機的分類、車載充電機的充電方式和車載充電機的技術要求，分析了車載充電機技術發展現狀及車載充電機的技術發展趨勢。

車載充電機充電系統

新能源汽車充電系統有許多分類方法。按照充電系統與公共電網是否直接接觸，分為接觸式充電系統和感應式充電系統。接觸式充電系統具有結構簡單、成本較低、電能傳輸效率高等特點，是目前主流的充電系統。感應式充電系統小需要電源插座或充電電纜，電能通過埋在路而內的充電板無線傳送給車內的動力電池實現充電，感應式充電系統具有通用性強、操作簡單、節約人力成本、節省土地資源等優點)但結構複雜、效率較低、成本較高，目前小範圍套用於公車等公共充電領域。

充電機按照充電系統是否安裝在車上，分為車載充電系統和非車載充電系統。車載充電系統安裝在車輛內部，具有體積小、冷卻和封閉性好、重量輕等優點，但功率普遍較小，充電所耗時間長;非車載充電系統安裝在新能源汽車外部，具有規模大、使用範圍廣、功率大等優點，但體積大、重量大、不易移動，主要適用於新能源汽車的快速充電。

充電機按照充電所耗時問，分為慢充系統和快充系統，分別對應直流供電和交流供電兩種充電模式。充系統主要由車輛外部至供電端線纜、充電接口及線纜、車載充電、高壓線束、高壓配電設備、動力電池及其控制器等構成。充電樁或家用交流電源通過車輛接口及線束與車載充電機連線，將交流220V電源轉換為直流電，給動力電池進行充電。充電過程由車載充電機與BMS之問進行CAN通信互動，保證充電過程的安全。相較慢充系統，快充系統架構較為簡單，涉及到的車端零部件僅為充電接口、快充線束、動力電池及其控制器。快充系統供電設備為充電樁，充電樁內部包含電源模組、計費系統、通信及控制系統、讀卡及授權系統等。快充系統將三相380V工業電直接轉成直流電給動力電池進行充電，充電過程由充電系統的通信模組與BMS進行通信以保證安全。

②充電機充電方式

電池採用不同的充電方法對電池壽命會有不同程度的影響，採用適當的充電方式對延長電池的使用壽命意義重大。

常見的車載充電機充電方式有恆壓充電、直流充電、階段性充電、脈衝充電等。恆壓充電，在整個充電過程中充電電壓保持不變，充電電流隨著充電時問的增加而逐漸減小，當充電電流小於一定值後停比充電。整個充電過程中能耗較小，能有效避免電池過充，控制簡單，易於操作。但往往待充電電池的初始電壓值較小，導致充電初期的充電電流很大，過大的電流一方面會造成電池極化現象的發生，影響充電速度;另一方面造成電池溫度迅速提升，嚴重時容易燒壞電池，釀成事故。所以在充電開始階段，需要對充電電流值進行限制，讓電池保持在一個可接受的電流範圍內充電。

直流充電開始時以恆定的電流為動力電池充電，將要充滿時，改用恆定的小電流進行浮充充電，用來充足剩餘電量和補償電池自放電，當充電電壓達到額定電壓時停比充電。恆流充電避免了恆壓充電電流過大的問題，電流始終被限制在電池組可接受的範圍內。

階段性充電根據實際套用情況可以分為兩階段或者三階段充電。第一階段為恆流充電，用大電流快速給電池充電，使電池的電壓達到一定電壓值(根據動力電池組電壓設老;第二階段為恆壓充電，用比恆流小點的電流繼續對電池充電，降低電池的產氣量;第三階段為浮充充電，以涓流給電池充電，確保電池能夠充滿，當控制系統檢測充電電流小於一定設定值時，結束充電。階段性充電結合了恆壓與恆流充電方式的優點，有利於減少電池的極化，避免了過充和大電流充電衝擊。目前，充電大多採用階段性充電。

恆壓充電、恆流充電和階段性充電的充電電壓和電流是連續的，沒有給電池足夠的休息時問來消除極化現象，極化可以引起電池過熱，析氣等現象，限制充電速度，嚴重時影響電池壽命。脈衝充電方式和正負脈衝充電方式採用不連續的充電電流，能有效地減少或消除極化現象的發生，加快充電速度和延緩電池的使用壽命。

脈衝充電方式採用脈衝充電問歇為電池提供充足的休息時問，有利於電池內部的活性物充分反應，有效地減少和消除極化現象的發生，並可以採用較大的電流充電，而不必擔心電池過熱，能有效提高充電效率、縮短充電時問、延緩電池壽命。

正負脈衝充電方式是對脈衝充電方式的改進，整個充電過程中包括正脈衝充電、問歇休息和負脈衝放電。首先進行正脈衝充電，休息一段時問後，再對其進行短暫的負脈衝放電。對電池短暫的負脈衝放電能有效去除極化現象的發生，加快電池內部的電化學反應，降低電池溫度，雖然損失了部分電能，但能夠使電池以較高的充電電流充電，能有效加快充電速度和提高充電效率，延緩電池壽命。

車載充電機的技術要求

按照《電動汽車用傳導式車載充電機》的定義車載充電機是指固定安裝在電動汽車上，將公共電網的電能變換為車載儲能裝置所要求的直流電，並給車載儲能裝置充電的裝置。

車載充電機由交流輸入接口、功率單元、控制單元、直流輸出接口等部分組成，充電過程中宜由車載充電機提供電池管理系統、充電接觸器、儀錶盤、冷卻系統等低壓用電電源廠車載充電機連線示意圖如概述圖所示。

《電動汽車用傳導式車載充電機》中車載充電機主要參數包括額定輸入電壓、額定輸入電流、輸出電壓等。車載充電機輸入電壓、電流等級如表2所示;輸出電壓等級分為6級如表3所示。按照《電動汽車傳導充電系統〕第一部分通用要求，交流充電樁對輸出電流的要求如表4所示。

車載充電機技術現狀

國內車載充電機廠商多達50多家，大部分廠家研發能力較弱，缺乏核心專利和高端研發人才，研發經費投入較少，產品主要面向國內。目前，市場上的乘用車和專用車車載充電機功率主要包括3.3kw和6.6kw，效率集中在93%-95%之間，冷卻方式主要包括風冷和水冷。客車領域採用“交流快充方式”的40kw, 80kw大功率車載充電機。

國內部分車載充電機企業已進入國外整車企業供應鏈。德潤電子通過控股義大利公司MetaSystemS.p.A.進入標緻雪鐵龍供應鏈，被指定為標緻雪鐵龍新一代純電動及混合動力車型平台“車載充電機”項目全球供應商，車載充電機採用液體冷卻，並採用IMSPCB(特殊預浸材料PC）、Bottom Entry(底部插針過孔技為等專有設計方案，極大提高了大功率器件的散熱效果及效率，充電效率超過95%，產品軟體設計符合AUTOSAR及IS026262)

隨著新能源汽車動力電池的容量增大，若要在6-8小時的慢速充電時問內為純電動汽車充滿電，就需要配置功率更大的車載充電，對兼容不同類型的交流充電樁要求越。

在純電動、插電式、增程式乘用車型中存在電機控制器、DC/DC變換器、車載充電機和高壓接線盒等，將各部件在整車中合理集成布置擁有多種方式。電機控制器與DC/DC變換器集成，電機控制器與車載充電機集成是功能集成的一種形式，產品研發過程往往由電機控制器廠商主導。DC/DC變換器與車載充電機集成是功能集成的另一種形式，產品研發過程往往由車載電源廠商主導。電機控制器、DC/DC變換器、車載充電機集成是功能集成較為複雜的一種形式，產品研發過程往往由整車企業主導，但在全球範圍內成功案例很少。目前車載充電機主要作為獨立器件供應新能源汽車，部分車載充電機企業開始供應集成化產品。

車載充電機技術發展趨勢

車載充電機技術發展為新能源汽車的普及起到了推動作用，車載充電機對充電功率、充電效率、重量、體積、成本以及可靠性要求較高。為實現車載充電機的智慧型化、小型化、輕量化、高效率化，相關的研究與開發工作取得了長足的發展，研究方向主要集中在智慧型化充電、電池充放電安全管理、提高車載充電機效率和功率密度、實現車載充電機的小型化等方而。

總結

車載充電機的技術發展，為新能源汽車實用化和大眾化提供了強有力的支撐。介紹了充電機的種類，按照充電系統與公共電網是否直接接觸，分為接觸式充電系統和感應式充電系統;按照充電系統是否安裝在車上，分為車載充電系統和非車載充電系統;按照充電所耗時間，分為慢充系統和決充系統，分析對比了車載充電機、交流充電樁和直流充電樁的性能特點。是對常見的車載充電機充電方式，包括恆壓充電、恆流充電、階段性充電、脈衝充電等進行了介紹和簡單分析，並對車載充電機的技術要求，如一般規定、環境要求、輸入電壓和頻率等進行了說明。二是對國內車載充電機技術現狀進行了分析。四是分析了車載車充電掃發展趨勢，隨著技術進步，車載充電機正在向著雙向充放電、智慧型化、集成化等方向發展。