电动汽车充电桩配电箱(一文带你认识新能源汽车充配电总成)

由于关乎车辆的性能和成本，汽车零部件的集成化、标准化一直是业界努力的方向，要实现快速的产品迭代和平台化应用，标准化和集成化都是两大利器。所谓集成化，就是对原本分立的系统进行集成，从而使得汽车相关组件数量精简，体积变小，质量变轻，效率提升。比如比亚迪基于“e 平台”打造的电动汽车，正是通过高度集成、一体控制，实现了整车重量的减轻、整车布局的优化，能耗效率的提升和可靠性的提高，最终加速推动电动汽车的普及。

高压充配电总成三合一一般包括车载充电机（OBC）、高压配电盒（PDU）以及DC-DC转换器。有些充配电总成还会在三合一的基础之上再集成双向交流逆变式电机控制器(VTOG)，也就是俗称的四合一。

一.车载充电机的组成和原理

车载充电机内部可分为主电路、控制电路、线束及标准件三部分。主电路前端将交流电转换为恒定电压的直流电，主电路后端为DC/DC变换器，将前端转出的直流高压电变换为合适的电压及电流供给动力蓄电池。

新能源汽车的车载充电机控制电路具有控制场效应管开关，它与BMS之间进行通信，监测充电机工作状态以及与充电桩握手等。线束及标准件用于主电路与控制电路的连接，固定元器件及电路板。车载充电机工作原理如图所示。

车载充电机的工作均由BMS发出指令进行控制，包括工作模式指令、动力蓄电池允许最大电压、充电充许最大电流、加热状态的电流值等。充电机通过CAN总线与车辆进行通信，通信内容包括蓄电池单体、模块和总成的相关技术参数，充电过程中动力蓄电池的状态参数，充电机工作状态参数以及车辆基本信息等。

充电前，系统会自动检测动力蓄电池箱体内部的动力蓄电池温度，若温度高于55℃或低于0℃时，动力蓄电池管理系统将自动切断充电回路，此时无法充电。若有低于0℃的温度点，则启动加热模式，加热继电器闭合进行加热，待所有电芯温度点都高于5℃时停止加热，然后启动充电程序，充电过程中充电桩电流显示为12~13A。

加热状态时，充电机停止充电，此时BMS闭合负极继电器和加热继电器，通过电热元件给动力蓄电池包内的电芯进行加热，加热电流由充电机向加热元件直接供电。慢充状态时，动力蓄电池高压正负继电器闭合，车载充电机首先判断其输出端的电压值，当监测到电压值满足充电要求后，充电机将闭合其输出端继电器并开始工作。

随着电动汽车续航里程的提升（350~500km)，电池电量普遍大于60kw·h，传统的3.3kW和6.6kw车载充电机功率已不能满足当下纯电动汽车的慢充(6~8h)需求，车载充电机功率扩容势在必行。然而，整车配备大功率充电机虽可减少充电时间，但由于受车辆配重、空间以及成本的制约，同时大功率的交流充电也受电网基础设施的影响，如小区配电的容量，该解决方案面临诸多挑战。

对于车载充电机产品扩功率、降成本的发展趋势，主要形成了单向充电向双向充电，单向充电机变成双向充电机和单相充电机向三相充电机两种技术形态发展。

二.高压配电盒

电动汽车高压配电箱(PDU)又称为高压配电盒，是高压系统分配单元。电动汽车具有高电压和大电流的特点，通常配备300V以上的高压系统，工作电可达200A以上，可能危及人身安全和高压零部件的使用安全性。因此，在设计和规划高压动力系统时，不仅要充分满足整车动力驱动要求，还要确保汽车运行安全、驾乘人员安全和汽车运行环境安全。

电动汽车高压配电箱的功能是保障整车系统动力电能的传输，是动力电池与各高压设备的电源和信号传递的桥梁，并随时检测整个高压系统的绝缘故障、断路故障、接地故障及高压故障等。高压配电箱在电动汽车上的位置如图所示。它与动力电池及管理系统、电机控制器、车载充电机、非车载充电设备及电动附件等相连。

电动汽车高压配电箱里面主要有高压继电器、高压连接器、高压线束和熔断器等。

三.DC-DC转换器

DC/DC 转换器的主要作用是取代传统燃油车上面的12V发电机，在行车过程中控制动力蓄电池将高压直流电转换为低压直流电向低压12V蓄电池充电，以满足车辆运行时低压用电设备的需要。它主要分为降压DC-DC转换器、升压DC-DC转换器以及双向DC-DC转换器。

根据需求可采用3类控制:PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声;PFM控制型具有长时间使用(尤其小负载时)耗电少的优点;PWW/PFM转换型小负载时实行PFM控制，且在重负载时自动转换到PWM控制。目前 DC/DC 转换器广泛应用于手机、MP3、数码相机、便隽式媒体播放器等产品。其电路类型属于斩波电路。而纯电动汽车采用的就是降压型DC/DC 转换器。

DC/DC 转换器的主要部件是变压器。变压器由一次侧(输人侧、动力电池侧)和二次侧(输出侧、铅酸蓄电池侧)两套线圈构成。其广泛应用在HEV、PHEV和EV系统中，功率范围为1.5~2.5kW。DC/DC转换器主要有高压输入端、低压控制端，低压输出正极和低压输出负极四个线束插接件。

DC/DC转换器主要实现以下功能:

(1)驱动直流电机在小功率直流电机驱动的转向、制动等辅助系统中，一般直接采用DC/DC电源变换器供电。

(2)向低压设备供电向电动汽车中的各种低压设备如车灯等供电。

(3)给低压蓄电池充电在电动汽车中，需要高压电源通过降压型 DC/DC转换器给低压蓄电池充电，将动力电池的400V/800V的高压直流电转化为12V低压直流电给低压蓄电池充电。

（4)不同电源之间的特性匹配以燃料电池电动汽车为例，一般采用燃料电池组和动力电池的混合动力系统结构。在能量混合型系统中，采用升压型DC/DC 转换器;在功率混合型系统中，采用双向型DC/DC 转换器。

四.双向交流逆变式电机控制器

该控制器为电压型逆变器，利用IGBT将直流电转化成交流电，其主要功能是通过收集挡位信号、加速踏板信号、制动踏板信号等来控制电机，根据不同工况控制电机的正反转、功率、扭矩、转速等，即控制电机的前进、倒退、维持车辆的正常运转。此外，还具备充电控制功能，能进行交直流转换，双向充放电控制，它主要负责充电功率大于3.3KW的交流电（含单相和三相交流电）转换为高压直流电为动力蓄电池充电。该控制器总成分为上、中、下3个单元，上、下层为电机控制单元和充电控制单元，中间层为水道冷却单元。