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對于多數(shù)電動汽車用戶來說，在家或是在公司進(jìn)行目的地充電應(yīng)該是更常用，也是更理想的方式，這樣可以免去頻繁跑直流充電站的煩惱。而車載充電機(jī) OBC(On-board charger)是完成將交流電轉(zhuǎn)換為電池所需的直流電，并決定了充電功率和效率的關(guān)鍵部件;所以O(shè)BC技術(shù)的進(jìn)步和用戶充電體驗有著非常大的關(guān)系。
隨著新能源汽車行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，提升新能源汽車?yán)m(xù)航里程成為了行業(yè)發(fā)展的主要任務(wù)之一，在動力電池能量密度不能持續(xù)增加的情況下，降低車用部件重量是提升續(xù)航里程的首選方案，碳化硅功率器件替代硅器件對OBC功率密度提升和重量降低有著顯著的效果。
1. 什么是OBC?
車載充電機(jī)OBC(On-board Charger)是指固定安裝在新能源汽車上的充電機(jī)，具有為新能源汽車動力電池，安全、自動充滿電的能力，充電機(jī)依據(jù)電池管理系統(tǒng)(BMS)提供的數(shù)據(jù)，能動態(tài)調(diào)節(jié)充電電流或電壓參數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的動作，完成充電過程。
對于新能源汽車普通消費者而言，主要關(guān)注兩個體驗：一個是駕乘體驗，包括動力性、舒適性、娛樂性等;另外一個則是充電體驗。
充電體驗是個什么概念呢?結(jié)合OBC的規(guī)格參數(shù)來說， 11kW的OBC，意味著充滿88kWh的電池(續(xù)航里程大概在650km-750km)，需要8h。如果與充滿一部手機(jī)或者加滿一輛燃油車的時間來對比，這個時間無疑是漫長。
但需要注意的是，11kWh的OBC實際上已經(jīng)算是功率較高的水平，滿足日常需求完全沒問題
因此不斷提高充電速率是OBC的發(fā)展方向。
大致的了解了OBC背景，接下來看一下OBC內(nèi)部設(shè)計。
OBC由PFC(Power Factor Correction：功率因數(shù)校正器) + 隔離DC-DC組成的AC-DC轉(zhuǎn)換器。
常見的OBC功率水平及PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)矩陣如下：
常見的OBC功率水平及DC-DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)矩陣如下:
2. OBC發(fā)展趨勢
2008年，新能源汽車作為示范工程亮相北京奧運會，國家開始大力扶持新能源汽車行業(yè)，之后的10年里，新能源汽車經(jīng)歷了第一個高速發(fā)展的10年，OBC行業(yè)也在這10年中發(fā)生了巨大的變化。
欣銳科技是國內(nèi)領(lǐng)先的車載電源制造商這里透過欣銳科技的產(chǎn)品發(fā)展歷史和趨勢來概覽行業(yè)的發(fā)展。欣銳科技車載電源產(chǎn)品在近十幾年經(jīng)過不斷的迭代和更新，OBC產(chǎn)品效率從2012年的93%提升到現(xiàn)在96%，預(yù)計到2020年，車載OBC產(chǎn)品效率可以達(dá)到97%-98%;集成產(chǎn)品體積從第一代的53.3L到第三代的11.2L，縮小了近80%，質(zhì)量從第一代的26kg到第三代的12kg，降低了超過50%。碳化硅器件在欣銳科技車載電源產(chǎn)品效率、功率密度和質(zhì)量密度提升上發(fā)揮了重要作用。
圖(一)欣銳科技OBC產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展趨勢
表(一)欣銳科技集成產(chǎn)品 (資料來源：方正證券研究報告)
3. 碳化硅功率器件在OBC中的應(yīng)用
OBC典型電氣結(jié)構(gòu)由PFC和DC/DC兩部分組成 ，典型拓?fù)淙鐖D(二)所示。
圖(二)6.6kW OBC典型拓?fù)潆娐?/p>
二極管和開關(guān)管(IGBT、MOSFET等)是OBC中主要應(yīng)用的功率半導(dǎo)體器件。
3.1 碳化硅肖特基二極管在OBC中的應(yīng)用
如圖(二)所示，OBC的前級PFC電路和后級DC/DC輸出電路中會使用到二極管(Da、Db、D1、D2、D3、D4)，對于二極管應(yīng)用而言，二極管會根據(jù)應(yīng)用的開關(guān)頻率在正向?qū)ê头聪蚪刂範(fàn)顟B(tài)切換。
二極管工作在正向?qū)顟B(tài)時，為了降低二極管自身的導(dǎo)通損耗，需要選擇正向?qū)▔航?VF)值盡可能低的二極管。
二極管工作在反向截止?fàn)顟B(tài)時，為了降低其截止?fàn)顟B(tài)下反向漏電流(IR)帶來的損耗，需要選擇反向漏電流小的二極管。
二極管在開關(guān)狀態(tài)切換時，為了降低其開通關(guān)斷過程的損耗，需要選擇輸入電容(QC)小、開通關(guān)斷速度快的二極管。
在碳化硅功率器件批量應(yīng)用前，硅基超快恢復(fù)二極管在OBC的PFC電路有廣泛應(yīng)用，而在輸出電路中，半導(dǎo)體廠商可以提供低VF值的產(chǎn)品來應(yīng)對客戶的應(yīng)用需求，但是上述單一性能優(yōu)秀的產(chǎn)品也存在明顯的弱點，只能適用于特定的領(lǐng)域。碳化硅材料的出現(xiàn)讓二極管的VF 、IR 、QC等技術(shù)指標(biāo)同時滿足不同應(yīng)用要求成為了可能。
相比與硅基肖特基二極管，碳化硅肖特基二極管的最大優(yōu)勢在于反向恢復(fù)電流IR可以忽略不計。
圖(三)碳化硅二極管與硅二極管反向恢復(fù)電流對比
對于OBC的PFC電路而言，硅基肖特基二極管的反向恢復(fù)損耗在其整體損耗中占據(jù)相當(dāng)?shù)谋戎?，在PFC電路使用碳化硅肖特基二極管可有效提升PFC電路的效率;
碳化硅肖特基二極管的QC和VF兩個主要參數(shù)相比硅基二極管也具有一定優(yōu)勢，在OBC的后級輸出電路中使用碳化硅二極管可以進(jìn)一步提升輸出整流的效率。
3.2 碳化硅MOSFET在OBC中的應(yīng)用
在單相交流輸入的OBC(拓?fù)鋱D參考圖二)應(yīng)用中，DC/DC的前段需要使用開關(guān)管將直流電壓逆變成交流電壓，由于PFC輸出的直流電壓在400V以下，且系統(tǒng)功率不超過6.6kW，選擇650V、20A的開關(guān)管即可。在650V 20A的檔位的開關(guān)管中，CoolMOSTM導(dǎo)通電阻和輸入電容QC在硅基產(chǎn)品中處于領(lǐng)先地位;650V碳化硅MOSFET跟650V CoolMOSTM相比，雖然其導(dǎo)通電阻和輸入電容都有一定的優(yōu)勢，但價格要比同規(guī)格CoolMOSTM高3-5倍，實際應(yīng)用中CoolMOSTM在此市場中占據(jù)著主導(dǎo)地位。
縮短充電時間和提升動力電池電壓是新能源汽車發(fā)展的兩個主要課題：對于車載充電而言，單相OBC受交流電進(jìn)線電流限制，功率最大只能做到6.6kW，采用三相輸入的模式可以將目前6.6kW的功率提升到11kW，大幅提升充電速度;電池電壓提升對于OBC技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
輸入電壓由單相220V AC變成三相380V AC后，PFC電輸出級的電壓會相應(yīng)提高到550V左右，如果采用兩電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，650V的CoolMOSTM已經(jīng)無法滿足要求，需要選用900V/1200V的開關(guān)管器件。
電池電壓的提升，意味著OBC后級輸出電壓升高，配合目前OBC從單向到雙向的發(fā)展趨勢，DC/DC次級器件會從目前的650V二極管轉(zhuǎn)變成900V/1200V的開關(guān)管。
900V及以上規(guī)格CoolMOSTM產(chǎn)品成本較高，性能上與碳化硅MOSFET的差距比650V的器件更大，因此900V/1200V碳化硅MOSFET在三相11kW OBC中有著廣闊的應(yīng)用前景。各車載電源廠家已經(jīng)陸續(xù)開始開發(fā)三相11kW OBC，首選方案均考慮使用碳化硅MOSFET作為DC/DC輸入級開關(guān)管，可以預(yù)見，未來三相11kW OBC將會成為碳化硅MOSFET的主要應(yīng)用場景之一。
圖(四)雙向OBC拓?fù)浜唸D
結(jié)合新能源汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢和碳化硅功率器件的特點，碳化硅二極管和MOSFET已經(jīng)在OBC應(yīng)用中占據(jù)一定市場份額，未來的市場占比會逐步擴(kuò)大，具備較為廣闊的市場。
4. 新一代符合OBC應(yīng)用的碳化硅功率器件
碳化硅功率器件相比硅基器件具有很多優(yōu)勢，但部分技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)需要進(jìn)一步提升，才能更好的適用于OBC系統(tǒng)。
4.1 適合OBC應(yīng)用的新一代碳化硅肖特基二極管：
PFC電路是碳化硅二極管在OBC系統(tǒng)中的主要應(yīng)用電路之一，其對二極管器件的抗浪涌能力要求較高，相比于硅基二極管，碳化硅二極管的抗浪涌電流能力相對較弱。如何在保證VF 、IR 、QC等核心參數(shù)不變或提升的情況下，提升器件的抗浪涌電流能力是碳化硅二極管發(fā)展面臨的重要課題之一。基本半導(dǎo)體推出的適合OBC行業(yè)應(yīng)用的650V、20A碳化硅肖特基二極管(B1D20065HC)，與國際主流競爭對手相比，主要技術(shù)參數(shù)與對手處在同一水平線或達(dá)到業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平。
圖(五)650V、20A碳化硅肖特基二極管與競品主要參數(shù)對比
4.2 適合OBC應(yīng)用的新一代碳化硅MOSFET：
碳化硅MOSFET開關(guān)速度快，開啟電壓Vth相比硅MOS要低不少，如何降低碳化硅MOSFET在高頻應(yīng)用中的誤動作風(fēng)險，是工程師在應(yīng)用中碰到的最大問題。
如圖(六)、圖(七)所示，采用開爾文封裝工藝，將傳統(tǒng)的TO-247-3封裝變成TO-247-4封裝，可實現(xiàn)碳化硅MOSFET功率源極和驅(qū)動源極分開，有效降低碳化硅MOSFET關(guān)斷時L*di/dt對碳化硅MOSFET柵極的影響，降低MOSFET誤動作的風(fēng)險。
圖(六) TO-247-3封裝碳化硅MOSFET 關(guān)斷過程簡圖
圖(七) TO-247-4封裝碳化硅MOSFET關(guān)斷過程
5. 主流OBC企業(yè)盤點
目前，在OBC市場上主要分為三種競爭者：1.OEM自主的OBC產(chǎn)品，如比亞迪自建的OBC產(chǎn)品。2.汽車電子供應(yīng)商，直接供應(yīng)OBC產(chǎn)品。特征是自建研發(fā)能力、技術(shù)有積累有渠道優(yōu)勢，專注于OBC產(chǎn)品的開發(fā)，可以為OEM直接提供OBC產(chǎn)品，如欣銳科技、臺達(dá)電子、聯(lián)合電子等。3.BC的集成商，具備設(shè)計能力，但零部件通過采購的方式來獲得，進(jìn)行集成，如匯川技術(shù)、藍(lán)海華騰等。
1. 深圳欣銳科技股份有限公司
主營產(chǎn)品：
新能源汽車高壓“電控”解決方案(其主要技術(shù)集中在車載DC/DC變換器和車載充電機(jī)，統(tǒng)稱為車載電源)
配套客戶：
北汽，吉利，比亞迪，本田，現(xiàn)代，小鵬，威馬等
2. 西門子電動汽車動力總成系統(tǒng)(上海)有限公司
主營產(chǎn)品：
高壓電機(jī)系統(tǒng)，電機(jī)控制器系統(tǒng)，車載充電機(jī)系統(tǒng)
3. 聯(lián)合汽車電子有限公司
主營產(chǎn)品：
發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)(發(fā)動機(jī)電子控制器、燃油分配管總成、電子節(jié)氣門體、碳罐控制閥、氧傳感器、點火線圈、壓力傳感器、相位傳感器、爆震傳感器、溫度傳感器、空氣流量計、電動燃油泵、油門踏板、高壓噴油器、高壓油泵)，變速箱控制系統(tǒng)(變速箱控制器、變速箱電子控制模塊、電磁閥、液壓模塊、位移傳感器、檔位傳感器、油溫傳感器、中壓壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器)，混合動力及電力驅(qū)動(分離式電機(jī)、同軸式電機(jī)、電力電子控制器、混合動力系統(tǒng)、能量回收加速輔助系統(tǒng))，車身電子(車身控制模塊BCM、發(fā)動機(jī)防盜控制模塊、網(wǎng)關(guān)控制模塊、座椅加熱控制模塊、座椅記憶控制模塊、電子轉(zhuǎn)向柱控制模塊、車窗模塊、門控模塊、電動尾門ECU)，BMS，整車控制器VCU，DCDC，車載充電機(jī)OBC，域控制器等
配套客戶：
北京汽車，北汽福田，北京奔馳，一汽夏利，長城汽車，神龍汽車，東風(fēng)汽車，長安福特，重慶力帆，長安鈴木，長安汽車，小康汽車，昌河汽車，廣汽長豐，東風(fēng)柳汽，上汽通用五菱(宏光MINI EV)，比亞迪，東風(fēng)日產(chǎn)，廣汽乘用車，海馬汽車，華晨寶馬，哈飛，東安，一汽大眾，沈陽三菱，金杯汽車，上汽大眾，上汽通用，江淮汽車，吉利汽車，東南汽車，廣汽吉奧，眾泰汽車，中華汽車，長安馬自達(dá)，福建戴姆勒，昌河鈴木，奇瑞汽車，青年蓮花，中興汽車，菲亞特，蔚來ES6，廣汽傳祺，理想ONE等
4. 弗迪動力有限公司
主營產(chǎn)品：
新能源汽車用驅(qū)動電機(jī)總成及周邊特種電機(jī)產(chǎn)品，純電動力、混合動力、傳統(tǒng)動力全面車型解決方案，驅(qū)動三合一，高壓三合一，動力總成解決方案
配套客戶：
比亞迪，豐田，長城汽車，一汽，東風(fēng)，江淮，東風(fēng)等
5. 蘇州匯川技術(shù)有限公司
主營產(chǎn)品：
新能源乘用車動力總成解決方案(三合一動力總成系統(tǒng)、DC/DC、OBC)，輕卡電機(jī)電控解決方案(五合一集成控制器、LS30高速電機(jī)匹配單級減速器)，微面電機(jī)電控解決方案(控制器、電機(jī))等
配套客戶：
吉利，江淮，海馬，眾泰，宇通，長豐獵豹，車和家，東南，威馬EX5，宇通，比亞迪，銀隆，寶馬，沃爾沃，奔馳等
6. 深圳威邁斯新能源股份有限公司
主營產(chǎn)品：
車載充電機(jī)(OBC)，車載直流變換器(DCDC)，車載集成充電系統(tǒng)(CCU)，電動汽車無線充電系統(tǒng)(WEVC)，電動汽車通信控制器(EVCC)，電動汽車PTC控制器，電機(jī)控制器，電驅(qū)三合一總成，電驅(qū)多合一總成等
配套客戶：
奇瑞，上汽，一汽，北汽，江鈴，云度，小鵬，吉利，長安，理想，上汽通用，東風(fēng)，寶沃，廣汽，鄭州日產(chǎn)，PSA，江鈴雷諾等
7. 浙江富特科技股份有限公司
主營產(chǎn)品：
車載充電機(jī)，車載OBC，車載DC/DC，水冷一體機(jī)
配套客戶：
長城，廣汽，蔚來，雷諾等
8. 杭州鐵城信息科技有限公司
主營產(chǎn)品：
三合一(OBC+DC/DC+PDU)，二合一(OBC+DC/DC)，多合一，OBC車載充電機(jī)，DC/DC轉(zhuǎn)換器
配套客戶：
上汽通用五菱(宏光MINI EV)，東風(fēng)柳汽，東風(fēng)集團(tuán)，江鈴新能源，吉利新能源等
9. 合肥華耀電子工業(yè)有限公司
主營產(chǎn)品：
車載DC/DC轉(zhuǎn)換器，車載充電機(jī)，平板開關(guān)電源，導(dǎo)軌開關(guān)電源，DC/DC模塊電源，高壓電源及高壓元件等
配套客戶：
海馬混動，江淮，金龍等
10. 新美亞電子(深圳)有限公司
主營產(chǎn)品：
OBC車載充電機(jī)
配套客戶：
11. 臺達(dá)電子企業(yè)管理(上海)有限公司
主營產(chǎn)品：
直流電源模塊，車載充電機(jī)，車載充電機(jī)與直流電源模塊集成，電機(jī)驅(qū)動器，驅(qū)動馬達(dá)等
12. 上?？剖肋_(dá)-華陽汽車電器有限公司
主營產(chǎn)品：
轉(zhuǎn)向柱開關(guān)/模塊，電動窗開關(guān)/模塊，大燈開關(guān)，IP儀表板開關(guān)，座椅調(diào)節(jié)，門模塊，OBC，DCDC等
配套客戶：
上汽大眾，一汽大眾，上汽通用，賽歐，別克，日本馬自達(dá)等
13. 深圳麥格米特電氣股份有限公司
主營產(chǎn)品：
充電樁整流模塊，多合一電氣集成(冷卻系統(tǒng)、車載充電機(jī)等)，車載充電機(jī)，電機(jī)控制器等
配套客戶：
北汽新能源，吉利汽車，東風(fēng)，金龍等
14. 深圳市得潤電子股份有限公司
主營產(chǎn)品：
安全和告警傳感器，汽車電子倒車?yán)走_(dá)，連接器，小線束，整車線束，DCDC，車載充電模塊OBC等
配套客戶：
寶馬，奔馳，大眾集團(tuán)，菲亞特集團(tuán)，標(biāo)致雪鐵龍集團(tuán)，電裝，泰科電子TE，特斯拉二級，上汽集團(tuán)等
15. 深圳市藍(lán)海華騰技術(shù)股份有限公司
主營產(chǎn)品：
五合一集成控制器(主驅(qū)動+汽泵+油泵+DC/DC+配電)，三合一驅(qū)動電機(jī)控制器(主驅(qū)+DC/DC+配電)，二合一混合動力主驅(qū)電機(jī)&ISG電機(jī)控制器，主驅(qū)動電機(jī)控制器，四合一輔助控制器(油泵+氣泵+DC/DC+配電)，輔助電機(jī)控制器，三合一輔助控制器(油泵+氣泵+DC/DC)/二合一輔助控制器(油泵+DC/DC)，模塊化輔助電機(jī)控制器
配套客戶：
比亞迪，東風(fēng)汽車，徐工集團(tuán)，安凱汽車，江淮汽車，法斯特，中聯(lián)重科等
16. 石家莊通合電子科技股份有限公司
主營產(chǎn)品：
電動汽車充換電站系統(tǒng)解決方案(電動汽車充換電站系統(tǒng)，一體式充電機(jī)，分體式充電機(jī)，充換電模塊，充換電站運維平臺，充電樁)，電動汽車車載產(chǎn)品(控制器)等
配套客戶：
宇通集團(tuán)，南京金龍，申沃客車，金旅客車，海格，微宏，福田汽車，中國重汽等
17. 中港電力股份有限公司
主營產(chǎn)品：
車載充電機(jī)，DC-DC轉(zhuǎn)換器，PDU集成控制器
配套客戶：
北汽新能源，眾泰汽車新能源，吉利汽車，電咖，知豆電動，上汽通用五菱，南汽環(huán)綠等
18. 深圳市核達(dá)中遠(yuǎn)通電源技術(shù)股份有限公司
主營產(chǎn)品：
充電樁，燃料電池電源(燃料電池三合一變換器)，車載電源(車載OBC、二合一、三合一、DCDC)等
配套客戶：
長安汽車，中國一汽，中興新能源汽車，比亞迪，五洲龍，福田汽車，宇通客車，海馬汽車，金龍客車，中通客車等
19. 深圳市英威騰電氣股份有限公司
主營產(chǎn)品：
動力系統(tǒng)總成(電控、電機(jī)、整車控制器、減速箱及充電等產(chǎn)品為一體的新能源汽車驅(qū)動解決方案)，主電機(jī)控制器，輔助電機(jī)控制器，驅(qū)動電機(jī)，車載充電電源(DCDC轉(zhuǎn)換器、OBC車載充電機(jī)、 多合一)，充電樁等
20. 洛陽嘉盛電源科技有限公司
主營產(chǎn)品：
直流充電樁，交流充電樁，大功率充電模塊，車載充電機(jī)(OBC)，直流轉(zhuǎn)換器(DC/DC)等
配套客戶：
宇通客車，中通客車，比亞迪汽車，寧德時代，國家電網(wǎng)等
審核編輯：湯梓紅
工商網(wǎng)監(jiān)
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