其实不论是将220V民用交流电,转换为5V左右的直流电给手机电池,还是转换成370V左右的直流电给新能源车电池。它的原理都是一样的。
从字面意义上来理解。应该只要经过“整流”和“变压”两个环节。
我今天也特意准备了两个充电器,我们一起来看一下,具体是怎样实现的。
1、充电器结构
先看手机充电器,有一块迷你的PCB板、电感、电容和芯片等等。
再看一个车载充电器,电子元器件更加密密麻麻。但基本还是些类似的的元器件——电容、电感、变压器、功率半导体开关等。
2、充电器工作原理
这个典型的车载充电器电路,分为PFC功率因数调整和LLC谐振电路两部分。
PFC电路
好比大厨在做菜前的切配,是将食材切成合适的大小和形状,为后续的蒸、煮、煎、炸做准备。
PFC电路的任务,是将220V民用电的功率因数进行调节,并将交流电转换成直流电。但切完的菜还只是半成品,不能直接上桌。
LLC电路
后续LLC谐振电路,则开始对电进行真正的加工。四个功率半导体开关通过高频。
而有规律的开和关,用PWM脉宽调制的方法,将直流电精确地调整为目标波形。
3、手机充电器与车载充电器区别
当然手机充电器和车载充电器,也会因需求不同,而存在很多区别。
首先是充电效率不同
相信你一定遇到过“充电器发烫”的情况,你可能不会为了发热浪费的电费心疼,但在新能源车上,就完全不同了。
一个很普通,用于慢充的车载充电器,功率都有6.6kW,是iPhone现阶段支持最快充电功率——18W PD协议的 360 倍。
所以无论从节能环保,还是你的钱包,或者是散热的角度来考虑,车载充电器的效率,都需要锱铢必较。
就像应对食客对于口味的不同要求,大厨要调整火候、调味。车载充电器中的LLC电路也必须配合电池电量与电压间的关系曲线,实时调整输出电压。控制越精确,电能转换效率就越高。
变压器只能按照固定比例调整调节电压。而LLC电路能通过PWM脉宽调制,对电压进行精确的实时调节。
这些功率半导体开关,每秒钟打开和关闭成千上万次。精确调整他们打开和关闭时长的占比,就能对输出电压进行非常精确的控制。
整体电能的转换效率,也会因此提高。最终实现整个充电器 95%以上的转换效率。
这样你随便找一个充电口,或一根充电线,都可以充上电。也就是存在一个USB标准。它将充电分成了两步,在源头和目标之间增加了一个5V的中间标准。
外置的手机充电器,完成第一步“降压”与“整流”的加工任务,统一输出5V直流电。
后续通过手机内部的电路,完成最终将5V降低到3.7V左右的任务,为锂电池充电。
而新能源汽车上是没有中间标准的。将220V民用交流电,转换为350V左右的直流电的工作,全部由车载充电器完成的。
墙上的充桩,只是一个识别插枪并负责连接的开关。
5g时代即将到来,消费电子领域与新能源汽车行业都在经历着快速发展,都在逐步走向标准化的进程中。
在电动车快充领域,已经基本实现了对外接口统一。也就是任何一个快充桩,输出的都是350V左右的直流电,可以直接为电池供电。
但慢充领域只是将交流端的“插口”标准化了,充电枪形状一致。实际各家的车载充电器并没有统一,A品牌的车载充电器没法直接用到B品牌车上。
这样无法将车载充电器的功能集成在充电桩上。结果就是新能源车需要每天拖着充电器到处跑,还占用车内的空间。
这也是慢充速度难以提高的原因。如果充电功率需要从6.6kW进一步提升,车载充电器会变得更加笨重。
那能不能复制USB充电口的成功,集成一个统一的充电器,让不同品牌、不同车型的充电器可以外置呢?规模化应用后,成本一定会很更低,普及也会更方便。
很遗憾,目前看来还实现不了。因为现在各大厂商的电池,电芯选型不一样,容量电压不一样,BMS通讯协议也各不相同。行业还在快速发展,短期来看要统一比较困难。
但是说要在车上省下一套充电器的元器件,也并非没有可能。还有另一个办法,将充电器与DCDC等用电器进行深度的整合。