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车载充电机OBC及供应商25强

新能源电动汽车的动力系统与传统的燃油汽车不同，“三电”取代了传统的油箱、发动机和变速箱等。“三电”主要包括驱动系统“大三电”（动力电池、电机控制器和电机），以及电源系统“小三电”（车载充电机OBC、DC/DC变换器和高压配电盒PDU）。其中车载充电机OBC是决定电动汽车充电功率和效率的关键部件之一，而二极管和IGBT、SiCMOSFET等功率半导体就是实现OBC直流电与交流电变换的关键器件。

一、什么是车载OBC

车载充电机（On-boardcharger）简称OBC，也称为车载充电器，顾名思义就是固定在电动汽车上的充电器，具有对电动汽车动力电池安全、自动充电的能力，主要应用于必须“插电”充电的电动汽车，如纯电动汽车（BEV，纯电池驱动）和插电式混合动力汽车（PHEV）。

作为电动汽车与公共电网之间的接口，OBC能将来自电网的交流电（AC）转化为电动汽车高压电池所需的直流电（DC），为电动汽车的动力电池充电；也能将动力电池的直流电逆变为交流电回馈到电网，实现汽车动力电池和电网之间的能量转换。

OBC也能提供充电时所需的相应的保护功能，包括过压、欠压、过流、欠流等多种保护措施，当充电系统出现异常会及时切断供电。为提高电气安全性，通常电网侧与车载侧之间需要设置耐电压2500V-3750V的电气隔离层，即隔离型车载充电机（lsolatedOn-BoardCharger，简称为OBC）。当前，绝大多数的电动汽车均配置的是隔离型车载充电机。

二、OBC结构和电路

一般来说，车载充电机可分为单向车载充电机、双向车载充电机和集成式车载充电机。

单向车载充电机（Uni-DirectionOn-BoardCharger）：功率单向流动，一般采用高频开关电源技术，拓扑结构分为单级式结构和两级式结构；只有充电功能。

双向车载充电机（Bi-DirectionOn-BoardCharger）：功率双向流动，多采用两级变换结构，由双向AC-DC变换器和双向DC-DC变换器构成；既有充电功能，同时还有逆变功能。①充电功能：从电网取电，经由地面交流充电桩、交流充电口，连接至车载充电机，给车载动力电池进行充电。②逆变功能V2L（VehicletoLoad）逆变功能：从车载动力电池取电，经由双向车载充电机、交流充电口、专用的V2L交流电插座板，给地面电气设备提供220VAC交流电；V2G（Vehicle-to-grid）逆变功能：从车载动力电池取电，经由双向车载充电机、交流充电口、地面交流充电桩，连接至电网。

集成式车载充电机：

①OBC、DC-DC、PDU等车载电源的集成：OBC+DC-DC二合一集成、OBC+DC-DC+PDU三合一集成；

②电机、电控、减速器、OBC、DC-DC、BMS等电驱+车载电源的集成：多合一集成。

图6.6KWOBC+DC-DC二合一摄于2023慕尼黑华南电子展重庆平伟实业展台

OBC电路主要由功率电路和控制电路组成，其中功率电路分为两个级别，一个是功率因素校正（PowerFactorCorrection，PFC）级，能实现电网交流电压变为直流电压，并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；一个是DC-DC转换器，能从PFC级获得DC输出，并将其转换为电池充电所需的电平，转换器的输出电压和电流能基于电池的整体健康状态和充电状态随时间变化，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，比较常见的DC/DC级电路拓扑有移相全桥和LLC两种。

目前OBC的设计目标更倾向于高频化、高功率因素和高效化，根据不同的功率级别会采用不同的拓扑。通常情况下，随着功率的增加，系统的整体损耗也会增加，而基于SiC的功率器件具有低电容、低导通电阻、高耐温耐压等优势，可以减少整体元器件数量并提高效率，减小OBC的尺寸、重量、成本和复杂性。

以英飞凌的方案为例，PFC电能转换部分包括作为开关的IGBT或MOSFET（2个）及肖特基二极管SBD（6个）。当需要实现双向充电功能时，IGBT增加一组，共4个以实现双向变换，整流部分的二极管换为MOSFET（2个）。在DC-DC部分，包括MOSFET（4个）及SBD（4个）。这些功率器件均可根据需求将Si基器件替换为SiC器件。

对需要车载充电机OBC的电动汽车来说，充电时间和充电后的有效车辆续航里程是关键参数，而这两个因素由电池尺寸和额定充电功率所决定。目前在电动汽车400V、600V电压平台的架构下，充电功率范围从3.3kW和6.6kW的低功率单相系统，逐渐向可满足800V等更高压架构下的充电需求即11kW和22kW的大功率系统发展。

上图展示了3.3kW、6.6kW