電動(dòng)汽車充電應(yīng)用中的車載充電機(jī)OBC應(yīng)用方案

車載充電機(jī)為電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池組提供了從基礎(chǔ)設(shè)施電網(wǎng)充電的關(guān)鍵功能。

當(dāng)將電動(dòng)汽車通過合適的充電線連接到支持2級電動(dòng)汽車供電設(shè)備時(shí)，OBC就會(huì)處理充電。

車主還可使用特殊的電纜和適配器連接到墻插進(jìn)行1級充電而將其作為應(yīng)急電源。

但這樣提供的功率有限，因此所需的充電時(shí)間更長。

OBC用于將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但如果輸入的是直流電，就不需要這種轉(zhuǎn)換。

當(dāng)將直流快速充電樁連接到車輛時(shí)，就會(huì)繞過OBC直接連接到動(dòng)力電池。 ? OBC在純電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車中都有所使用。 這三種汽車統(tǒng)稱為新能源汽車，但對系統(tǒng)級充電功能的要求各不相同。 OBC接受交流電輸入并將其轉(zhuǎn)換為直流電輸出的核心功能，為動(dòng)力電池組充電提供了適當(dāng)?shù)碾妷汉?a href="http://www.wenjunhu.com/tags/電流/" target="_blank">電流。 一般而言，這種功能由于只提供從電網(wǎng)到汽車的輸電，因此是單向的。 OBC單元會(huì)根據(jù)整個(gè)電池的健康狀況和電荷狀態(tài)，改變電壓和電流。

OBC的設(shè)計(jì)約束包括交流輸入、輸出功率、電池組電壓、冷卻方法、空間約束以及設(shè)計(jì)是單向供電還是雙向供電。

在許多情況下，這類模塊在功能安全上必須支持汽車安全完整性等級ASIL的B級或C級。

01

考慮到OBC的整體硬件功能模塊，設(shè)計(jì)人員應(yīng)解決以下問題。

對交流電源輸入進(jìn)行交流整流和功率因數(shù)校正PFC

初級側(cè)DC/DC

次級側(cè)整流（無源或有源）

如果是雙向的，還要進(jìn)行次級側(cè)DC/DC控制

電壓與電流和溫度診斷

用于通信和診斷的車載網(wǎng)絡(luò)

與電動(dòng)汽車供電設(shè)備的通信

交流電源、12V電池和高壓電池之間的隔離

交流整流和PFC有助于最大程度降低無功功率，同時(shí)最大程度提高實(shí)際輸電，并在AC/DC轉(zhuǎn)換模式下運(yùn)行。

在OBC大功率系統(tǒng)中如果沒有PFC，輸電效率就不高，熱負(fù)載就會(huì)增加。

OBC的功率因數(shù)規(guī)格在整個(gè)工作范圍內(nèi)通常能達(dá)到PF≥0.9，而在典型工作范圍內(nèi)則能達(dá)到PF≥0.98。

迪龍新能源2KW-40KW功率范圍的OBC產(chǎn)品功率因數(shù)規(guī)格都達(dá)到了PF≥0.99。

高PF值能最大程度增加充電能力，同時(shí)也能綠色電網(wǎng)電流和減少實(shí)際功率需求。

02

OBC中的PFC控制器用于執(zhí)行以下功能。

使輸入電流與輸入電壓保持一致

減少從交流電源吸收的峰值電流

盡可能減少線路/電網(wǎng)電流總諧波失真

確保輸入電流盡可能接近正弦波形

雖然在一般應(yīng)用中可以使用無源PFC，但由于OBC需要滿足更高的功率水平、散熱要求和功率因數(shù)等目標(biāo)。

因此這類系統(tǒng)的實(shí)際實(shí)現(xiàn)需要使用有源PFC。

03

OBC常見的有源PFC方案包括。

傳統(tǒng)升壓

傳統(tǒng)升壓（2通道交錯(cuò)式）

無橋升壓

圖騰柱

維也納整流器

3臂或4臂電橋（3相圖騰柱）
?

隨著OBC輸出功率的增加，推薦使用可減少電源路徑中二極管數(shù)量的PFC拓?fù)?，或使用幾乎沒有反向恢復(fù)特性的SiC肖特基二極管。

設(shè)計(jì)人員還可轉(zhuǎn)用SiC MOSFET，這樣就可以使PFC級在更高的頻率下開關(guān)。

同時(shí)處理更高的系統(tǒng)電壓，從而增加效率和能量密度。

04

電源路徑的下一個(gè)模塊是初級側(cè)DC/DC轉(zhuǎn)換器。

該電路用于將來自PFC的高壓直流電轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)闹绷麟妷憾糜诔潆姡敵鲭妷汉碗娏鲗⒏鶕?jù)電池組的狀態(tài)而變化。

在單向設(shè)計(jì)中，這一DC/DC的典型實(shí)現(xiàn)是LLC，但也會(huì)有移相全橋版本。

對于雙向設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)方式則是CLLC或雙有源橋。

LLC諧振電路

而隨著雙向功能的發(fā)展，使用這些架構(gòu)的方案也有望增多。

SiC MOSFET由于可實(shí)現(xiàn)更高的電壓和更低的開關(guān)損耗，因此成為了這種情況的理想選擇。

次級側(cè)則可以使用二極管進(jìn)行無源整流或使用功率開關(guān)進(jìn)行同步整流，支持CLLC的全橋設(shè)計(jì)。

05

OBC的額定輸出功率往往與車輛中所使用的電池組的大小相關(guān)。

OBC對于純電動(dòng)汽車中較大的電池要能提供較大的輸出功率。

而對于插電式混合動(dòng)力汽車中較小的電池則應(yīng)提供較小的輸出功率。 ?

有助于改善充電時(shí)間的方案包括增加OBC的功率輸出、提高OBC的效率以及增加電池組和相關(guān)OBC的系統(tǒng)電壓。

所有這些方案都有助于減少充電時(shí)間，從而改善最終用戶的體驗(yàn)。

06

OBC設(shè)計(jì)要考慮以下關(guān)鍵因素。

電動(dòng)汽車電池組的能量密度正在增加

消費(fèi)者需要更快的充電時(shí)間

OBC正在向更高的功率水平遷移

OBC必須滿足400V和更廣泛采用的800V電池系統(tǒng)的需求

為了進(jìn)一步縮短充電時(shí)間，對于較小能量密度的電池組，OBC模塊的輸出功率將開始增加。

另一個(gè)可能性則是增加對直流快速充電的支持，從而幫助電動(dòng)汽車在幾分鐘內(nèi)充滿電。

對于更大的電池組，其趨勢則是轉(zhuǎn)向11kW和22kW的OBC，同時(shí)繼續(xù)支持快速充電樁和更高的電壓。

支持使用OBC的電動(dòng)汽車架構(gòu)在2021年約占電動(dòng)汽車總銷量的46%。

到2026年則將占電動(dòng)汽車總銷量的57%，OBC五年的復(fù)合增長率預(yù)計(jì)為25.6%，2026年的數(shù)量估計(jì)為2140萬臺(tái)。

07

隨著需要OBC車輛的大規(guī)模增長，OBC生產(chǎn)廠家迪龍新能源也迎來了新一輪的發(fā)展機(jī)遇。

迪龍新能源從2008年進(jìn)入新能源汽車車載電源領(lǐng)域以來，就一直專注于OBC、車載DC/DC轉(zhuǎn)換器的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售。 ?

憑借強(qiáng)大的研發(fā)能力和可靠的產(chǎn)品質(zhì)量，公司OBC等車載電源產(chǎn)品已從中國銷往韓國、日本、歐美、東南亞等數(shù)十個(gè)國家和地區(qū)，成為了全球知名OBC供應(yīng)商。

其OBC產(chǎn)品，整機(jī)采用了國際先進(jìn)LLC諧振技術(shù)、全數(shù)字控制技術(shù)等，滿載效率高達(dá)95%，工作可靠、穩(wěn)定性高。

產(chǎn)品輸出功率涵蓋2KW-40KW，滿足乘用車、商用車、客車、專用車等各類新能源汽車的應(yīng)用需求，以及滿足船載、艦載的應(yīng)用需求。

交流輸入采用有源功率因數(shù)校正PFC，功率因數(shù)≥0.99，有效實(shí)現(xiàn)了綠色電網(wǎng)。

并且具有AC220V（85V-265V）&AC380V（147V-457V）寬電壓輸入范圍，滿足國內(nèi)外充電標(biāo)準(zhǔn)需求。

迪龍新能源OBC產(chǎn)品可以通過高速CAN網(wǎng)絡(luò)與汽車電池管理系統(tǒng)、車輛監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信。

上傳OBC的工作狀態(tài)、工作參數(shù)和故障告警信息，接受控制命令開始充電或停止充電。

并且具備過熱保護(hù)、電池反接保護(hù)、空載保護(hù)、短路保護(hù)、過壓欠壓保護(hù)、過流保護(hù)、充滿電自動(dòng)關(guān)機(jī)…等完備的安全防護(hù)功能。

散熱方式有自冷、風(fēng)冷和液冷設(shè)計(jì)，采用密封式防水防塵結(jié)構(gòu)，等級高達(dá)IP67。

溫升比自然冷卻低，整機(jī)工作穩(wěn)定可靠，滿足各種惡劣環(huán)境需求，無故障運(yùn)行時(shí)間更長。

更重要的是，迪龍新能源OBC對動(dòng)力電池采用智能充電，充電過程中判斷電池的相對容量和識別環(huán)境溫度。

根據(jù)電池狀態(tài)采用恒壓、恒流、恒功率自動(dòng)轉(zhuǎn)換法充電，有效節(jié)省了充電時(shí)間，延長電池使用壽命。

正因?yàn)椋淆埿履茉碠BC產(chǎn)品具有如此顯著獨(dú)特的優(yōu)勢和特點(diǎn)，才受到了國內(nèi)外廣大客戶的認(rèn)可和青睞。

被廣泛應(yīng)用到了全球數(shù)十個(gè)國家的新能源汽車上，取得了驕人的成績。

編輯：黃飛

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