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日益严格的二氧化碳排放标准加速了电动汽车的发展,而 OBC 的发展程度和普及规模也在不断提升。鉴于全球范围内 3 级快速直流充电站数量不足的充电现状,OBC 在短期内不会退出历史舞台。
当车辆停靠并连接到适配的 1 级或 2 级充电站,或使用经认证的充电电缆连接到壁式插座时,OBC 装置可从交流电网为车辆充电。主流款式是“2 级 OBC”,充电功率范围为 7KW - 22KW。
PHEV 和 BEV 是轻度混合动力汽车 (MHEV) 的升级版。这些车辆需要高压电池系统以及包括 OBC 在内的辅助运行模块。PHEV 可减少车辆的平均二氧化碳排放量,BEV 则不排放二氧化碳。除了 BEV 在里程方面让消费者有点担忧外,这些类型的车辆可以满足他们对车辆性能的期待。全球都在努力攻克这些难题。
插电式混合动力汽车 (PHEV)
OBC 的成本较低是因为功率等级和电池容量较低。
单相交流电:额定功率为 3.3kW、6.6kW 或 7.2kW。
注意,许多国家/地区对每相的最大功率限制为 3.7kW 至 4.2kW。
在功率等级较低 (1.4kW – 1.8kW) 的情况下,几乎可以在任何地方进行插电式充电。
提高功率等级可加快充电速度。根据具体应用场景相应减少排放。
纯电动汽车 (BEV)
OBC 成本较高是因为功率等级较高且更为复杂。
单相交流电:额定功率为 6.6kW 或 7.2kW。
3 相交流电:11kW 至 22kW,适用于更高端的 BEV。拥有更高的功率等级,可缩短充电时间。
在某些国家/地区,可能需要升级公用设施以实现更高的功率等级。
注意,许多国家/地区对每相的最大功率限制为 3.7kW 至 4.2kW。
在功率等级较低 (1.4kW – 1.8kW) 的情况下,几乎可以在任何地方进行插电式充电,但不常用。
直流快速充电旁路选项。
无排放。
PHEV 和 BEV 包含一个用于为高压电池组充电的模块,被称为车载充电器 (OBC)。OBC 的主要功能是将输入电网交流电压转换为输出直流电压,为电池组的充电提供合适的输出电流和电压水平。对于低功率 OBC,交流输入通常为单相;对于高功率 OBC,交流输入通常为 3 相。此外,它还必须在执行充电功能的同时进行功率因数校正 (PFC),以调整电压和电流相位,从而最大限度地减少对交流电网的影响。FCEV 可采用低功率 OBC 为电池充电,但这并非标配。
在 OBC 的设计阶段,必须考虑以 kW(峰值功率和连续功率)为单位的目标功率等级、输入电压范围、交流相数和整体效率。
对于所有功率级(PFC、一级和二级 DCDC),必须从效率和总成本的角度出发设计正确的拓扑结构。此外,对于各个功率级,必须选择模拟控制器 IC 或具有适当开关频率的数字控制解决方案。
由于大多数电动汽车可使用直流快速充电器充电,因此 OBC 提供了旁路功能,可直接为直流电池充电,无需进行交流/直流转换。
顾名思义,这些“车载”充电器模块安装在车辆上,可采用空气或液体冷却来对其进行热管理,具体取决于功率等级。根据结构的不同,OBC 输出可能需要在低于 250VDC 的电压下运行,而在为车辆主电池组充电时,则需要在高达 850VDC 的电压下运行。
空间限制与功率密度目标和电路板级的必要隔离有关。这种隔离适用于通信、反馈信号和栅极驱动器。
目前OBC的设计趋势是向更高的功率等级和电压方向演进。如今的 OBC 设计支持各种电压和功率等级,但随着新能源动力总成的发展,这些设计也在不断演变。 在支持 11kW 至 22kW 功率的同时,还需支持高达 800V 的更高电池电压。
onsemi 作为大功率汽车应用领域成熟的电源模块供应商,凭借其 1200V 碳化硅 MOSFET 和 APM,已做好准备转向 800V 电池系统领域。通过采用汽车功率模块 (APM) 技术实现最高功率密度,10 多年来持续为等级 1 (Tier 1)和 OEM 客户供应模块产品。
电气化浪潮正席卷到公共汽车、货车、重型车辆、农用车辆和船舶领域。这些新兴市场推动了 OBC 迈向更高的功率等级,通常超过 22kW。APM32 碳化硅模块可提供高效的解决方案。
onsemi 的栅极驱动器与其功率级解决方案完美适配,在米勒平台展现出了极高的抗噪能力和效率。隔离栅极驱动器产品组合不断发展,为大功率碳化硅 MOSFET 提供了更多选择,后续可覆盖硅 MOSFET 和 IGBT 领域。
虽然许多 OBC 的功能都是单向的(电网到车辆),但双向功能正逐渐进行推广,从而使 BEV 既能实现从电网到车辆的充电,也能实现从车辆到电网的充电。各个功率级的拓扑结构须进行调整,以实现双向功能。这对于电池能量容量远高于 PHEV 的 BEV 来说非常重要。
OBC 的重要性可体现在现有的充电基础设施中。纯电动汽车的充电器有三种类别或“等级”。
3 级直流充电器充电速度非常快,但价格昂贵。其为高速公路和重型商业设施内的理想充电选择。与 2 级充电器相比,其安装数量要少得多。
2 级充电器充当高功率交流电源与电动汽车 OBC 之间的接口。这对于轻型商业和小型企业安装来说是非常划算的解决方案。其容量扩展迅速,具体取决于车载 OBC。
1 级充电器只能作为 15A-20A 插座与电动汽车 OBC 之间的一个插头接口。可在家中或任意插座上充电,但充电速度慢得出奇。
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