带你认识新能源汽车充配电总成

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寸或低于1C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51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"13AO

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C

窜车■

充电机充电设备

动力电池晨压配电箱及

评,T瑞卜及管理系统离任安全蕾虔系族

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电动时件］

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；PT慌/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L5'2.5kW。

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TGBT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