電動(dòng)汽車電源技術(shù)與關(guān)鍵元件，OBC中的boost大功率技術(shù)

電動(dòng)汽車電源技術(shù)與關(guān)鍵元件，OBC中的boost大功率技術(shù)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）新能源汽車是現(xiàn)在最火熱的方向，主要分為HV、HEV、BEV和FCV。HEV也叫混動(dòng)汽車，我們見的比較多的叫插電混動(dòng)和PHEV插電混動(dòng)。BEV純電動(dòng)汽車最具代表性的就是特斯拉。

FCV是氫燃料汽車，主要以日系汽車為主。氫能源主要是用在大功率的重卡或者商務(wù)車上，不過其本質(zhì)還是燃料電池，與傳統(tǒng)的燃油車有類似之處。但是不同之處在于它有電堆，通過電堆來給電動(dòng)車控制器發(fā)電，然后驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)作。目前最具話題性的還是HEV和BEV兩種路線，而這也是各有優(yōu)勢(shì)。



電動(dòng)汽車中的電源技術(shù)

在電動(dòng)汽車中，電源技術(shù)發(fā)揮了重要的作用，比通過機(jī)械傳動(dòng)傳統(tǒng)的燃油車多了很多電源技術(shù)的應(yīng)用。電動(dòng)汽車的心臟電池，有兩種充電方式，一種方式是通過ACAC供電，AC供電到ACDC 然后給電池充電。還有一種方式是直流樁，直接跳過OBC給到電池供電。這是目前主流的兩種充電方式。

隨著電源技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在電動(dòng)汽車電池也被要求能做逆變，這是在雙向充電的需求下催生的改變，用電動(dòng)汽車電池給別的電池設(shè)備、給別的電動(dòng)汽車車供電。這就需要電動(dòng)汽車內(nèi)能進(jìn)行逆變，現(xiàn)在OBC流行的做法是做成一個(gè)雙向的OBC，也就是將充電器和逆變器集成到一起，將升壓電路反過來當(dāng)作單向逆變電路用。當(dāng)然，這種做法就對(duì)電池BMS 這一塊的電池控制以及安全要求比較高。

電動(dòng)汽車用到的電源技術(shù)里還有最關(guān)鍵的一個(gè)東西，就是電池電驅(qū)單元。電能從電池到電驅(qū)，然后再到電動(dòng)機(jī)或者是DCDC。電能到DCDC是因?yàn)殡妱?dòng)汽車還要電驅(qū)可以做一個(gè)能量回饋。這是電動(dòng)汽車?yán)锓浅Ｖ匾碾娫醇夹g(shù)。

OBC充電技術(shù)

OBC充電技術(shù)也就是on board charger，目前主要有幾種實(shí)現(xiàn)方式，第一種方式就是單相充電。單相充電的方式是通過電網(wǎng)進(jìn)入EMI濾波器，然后進(jìn)入PFC，再進(jìn)入DCDC ，最后經(jīng)過EMI濾波器進(jìn)入到電池組中。這種實(shí)現(xiàn)方式里，也有不同的技術(shù)路線。最傳統(tǒng)的當(dāng)然是在Primary DCDC中加上一個(gè)升壓線路，然后電流再到LLC電路。更新的方法則是通過一種圖騰柱電路的方式來實(shí)現(xiàn)，這也是因?yàn)?a target="_blank">半導(dǎo)體器件的功率，器件的電壓提高到了一千兩百伏以上。通過圖騰柱電路實(shí)現(xiàn)升壓的目的，然后再經(jīng)過DCDC中的全橋LLC。全橋LLC主要也是用在充電樁上，因?yàn)橄鄬?duì)更可控，而且在頻率等各種特性上也更優(yōu)異。在電動(dòng)汽車?yán)?，這種方式的充電屬于慢充。

除了單相充電，三相充電則對(duì)應(yīng)的是快充，充電機(jī)功率很大，一般都大于30kW，采用三相四線制380V供電。傳統(tǒng)三相實(shí)現(xiàn)方式是把每一相都做成PLC電路，隨著碳化硅器件的發(fā)展，可以做成三相全橋整流。不帶中線的會(huì)簡(jiǎn)單一些，帶中線的電路設(shè)計(jì)要多考慮一個(gè)雙向運(yùn)行問題。

升壓電路中的元件

在中大功率尤其是大功率電路中的boost，目前以CCM模式進(jìn)行的居多，也就是在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，電感的電流是連續(xù)的，電流不會(huì)歸0，電感從不“復(fù)位”，這意味著電感的磁性損耗會(huì)更小。那么在相同的大功率等級(jí)下，就能將磁芯尺寸做得更小。CCM的初級(jí)峰值電流相對(duì)較小，但會(huì)疊加較大的直流成分，并且電流始終是有一個(gè)反向恢復(fù)的過程，對(duì)二極管的消耗會(huì)增大，這就需要做一個(gè)權(quán)衡了。

在電容DC Link方面，OBC上電極電容是不錯(cuò)的選擇，畢竟OBC溫度沒那么高。如果要用到電驅(qū)上，那就需要考慮紋波電流，這時(shí)候薄膜電容相對(duì)來說就更可靠，能在高溫環(huán)境下穩(wěn)定地工作。在EMI應(yīng)用上的電容為了輔助OBC往小體積高功率方向的發(fā)展，現(xiàn)在也是盡可能往小體積做（前提是通過雙85測(cè)試）。

MLCC目前也在電動(dòng)汽車中用得非常多，現(xiàn)在很多車廠都要求廠家在12V電源回路中使用兩顆普通的MLCC來進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，保證回路可靠性。在高頻領(lǐng)域，MLCC的低阻抗優(yōu)勢(shì)有位突出，降噪效果明顯，在ADAS和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)ECU等各式車載設(shè)備的電源回路中很受歡迎。

小結(jié)

新能源汽車的發(fā)展離不開電力電源技術(shù)的深入應(yīng)用，利用先進(jìn)的導(dǎo)體技術(shù)消除電池壽命損耗問題、研發(fā)更適合的逆變器技術(shù)、提升充電設(shè)備效率、解決整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的控制管理問題是電動(dòng)汽車往前發(fā)展的關(guān)鍵，當(dāng)然這些發(fā)展也離不開其中關(guān)鍵元件的助力。