车载充电机在新能源汽车拆解应用分析

消费者关注新能源汽车的两类体验：驾驶体验（动力、舒适、娱乐、安全）、充电（速度）。

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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。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。

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》

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。

编辑：黄飞