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车载OBC简介
从产品/系统角度看OBC及在新能源汽车的作用。如下图,是威迈斯的OBC车载充电机,威迈斯今年刚上市,是OBC和DC/DC的领先企业。
图片来源:威迈斯官网(OBC)
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车载充电机OBC(On-Board Charger)属于安装在新能源电动车内的零部件,它将交流充电桩输出的交流电转化为高压直流电,给整车高压动力电池充电。
图片来源:mobility foresight
新能源汽车的核心零件可分为三部分:动力电池,电驱(控制器、电机、减速器),小三电(PDU+DC-DC+OBC)。OBC 也是电动汽车设计及其性能最关键的方面之一。
图片来源:《小三电系统的技术研究》
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新能源汽车的OBC分为单向OBC和双向OBC,电路包括功率电路(PFC+ 移相全桥/LLC)和控制电路组成。单向OBC只能给动力电池充电,双向OBC可以把动力电池的直流电逆变成为家用220V交流电。
产品特性:
▶ 额定输出功率:6.6kW
▶ 交流输入电压:85Vac ~ 265Vac
▶ 最大交流电流:32A
▶ 直流输出电压:230Vdc ~ 450Vdc
▶ 最大输出电流:22A
▶ 功率因素: ≥ 0.99
▶ 峰值效率: ≥ 94%
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车载OBC指标
OBC的部件主要有以下的技术指标:
图片来源:OBC技术指标,来自浙江大学电气工程学院
功率等级:国内和海外的新能源汽车充电功率不同。常见的OBC充电功率为3.3 kW、6.6 kW、11 kW 和 22 kW。11kW的OBC,意味着充满66kWh的动力电池需要6h。
转换效率:效率是很重要的目标,与整个单元的散热方式息息相关。
图:wolfspeed某6.6KW 双向OBC的主要设计参数。
容积&重量&功率密度:汽车对于部件的体积和重量都有着严格的要求,设计要求比较高;目前趋势是DC/DC、OBC二合一集成,或者DC/DC和OBC,PDU做三合一集成,功率密度大幅提升,体积降低。
散热方式:有主动风冷和液冷两种方式。功率升高到11KW之后,液冷需求增加。
成本:部件的成本要求比较高,目前小三电比较卷,小三电供应商普遍毛利率在15%~20%。
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车载OBC拓扑结构
OBC由PFC(Power Factor Correction:功率因数校正器) + 隔离DC-DC组成的AC-DC转换器。
PFC(Power Factor Correction)实现电网交流电压变为直流电压,且保证输入交流电流与输入交流电压同相位,根据实际设计功率需求的不同,可采用多级Boost电路并联进行扩容;DC/DC实现PFC级输出直流电压变为所需充电电压,实现恒流/恒压充电功能,并保证交流高压侧与直流高压侧的电气绝缘。
类似的,根据实际设计功率需求的不同,可采用多级DC/DC电路并联进行扩容。此外,比较常见的DC/DC级电路拓扑有移相全桥和LLC两种。
图:OBC电路概况。
采用SiC MOS器件的OBC部件系统框图如下:
图:wolfspeed某6.6KW 双向OBC的系统框图。
图:安森美基于1200V碳化硅的单向OBC的系统框图。
图:ST的OBC的系统框图。
图:英飞凌的OBC的系统框图。
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车载OBC的拆机图
OBC实物图如下:
图:wolfspeed的6.6KW OBC实物图(基于TO-247 650V SiC MOSFET方案)。
图:wolfspeed的OBC中磁性元件和功率半导体集成。
图:比亚迪的OBC拆解。
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