新能源汽车OBC电源管理模块解析

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1.

https://www.sohu.com/a/826978494_319844

2.

https://blog.csdn.net/weixin_43199439/article/details/143643634

3.

https://new.qq.com/rain/a/20241202A01AIQ00

4.

https://www.sohu.com/a/833848089_121850794

5.

http://www.360doc.com/content/24/0830/12/60253983_1132697014.shtml

6.

http://www.360doc.com/content/24/1025/09/49972910_1137575906.shtml

7.

https://aijishu.com/a/1060000000493414

8.

http://www.zgkeji.com/news_xq/1109.html

9.

https://www.auto-testing.net/news/show-123299.html

10.

https://www.elecfans.com/qichedianzi/2712172.html

11.

https://www.auto-made.com/news/show-16083.html

12.

https://i-newcar.com/index.php?m=home&c=View&a=index&aid=2049

随着新能源汽车市场的蓬勃发展，车载充电机（OBC）作为关键部件，其工作原理备受关注。OBC负责将交流电转换为高压直流电给动力电池充电，同时提供多种保护功能以确保电池安全。本文深入解析了OBC的内部构造及其工作流程，帮助你更好地理解这个核心组件如何在新能源汽车中发挥作用。

OBC，即车载充电机，是电动汽车上用于充电的重要设备。它安装在车辆内部，主要功能是将来自电网的交流电（AC）转换为电池所需的直流电（DC），从而给电动汽车的动力电池组充电。它是连接电网和电动汽车电池的桥梁。

OBC的性能参数包括输入电压范围、输出电压范围、输出电流范围、效率以及功率因数等，这些参数直接影响充电的速度和效率。

OBC的工作原理主要包括两个核心部分：交流转直流（AC/DC）转换和直流转直流（DC/DC）转换。

1. 交流转直流（AC/DC）转换：

• 电网的交流电首先经过EMI滤波电路，滤除噪声和干扰。
• 通过AC/DC转换器（即整流器）将交流电转换为直流电。
• 转换后的直流电再通过滤波器去除电压中的纹波，得到稳定的直流电。

2. 直流转直流（DC/DC）转换：

• 稳定的直流电通过开关电源进行电压和电流的调整，以满足电池充电的需求。
• 这一过程可能包括PFC（功率因数校正）电路，用于提高电源效率，减少电能损耗。
• OBC中的电池管理系统（BMS）与电动车的BMS进行通信，确保充电过程安全、高效。
• 最终，调整后的直流电通过DC/DC转换器（如LLC模块）输出给动力电池组进行充电。

OBC由PFC（Power Factor Correction：功率因数校正器） + 隔离DC-DC组成的AC-DC转换器。PFC（Power Factor Correction）实现电网交流电压变为直流电压，且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；DC/DC实现PFC级输出直流电压变为所需充电电压，实现恒流/恒压充电功能，并保证交流高压侧与直流高压侧的电气绝缘。类似的，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。此外，比较常见的DC/DC级电路拓扑有移相全桥和LLC两种。

采用SiC MOS器件的OBC部件系统框图如下：

安森美基于1200V碳化硅的单向OBC的系统框图：

ST的OBC的系统框图：

英飞凌的OBC的系统框图：

从实物拆解图中，我们可以更直观地了解OBC的内部构造：

高功率密度意味着芯片需要在更小的体积内处理更高的功率，容易导致过热问题，影响芯片的稳定性和寿命。

1. 热管理与散热效率：OBC 的高功率密度不可避免地增加了系统的热流密度。功率半导体如 SiC MOSFET 的散热依赖于热界面材料（TIM）的均匀压缩。然而，PCB 翘曲、冷却板变形和 TIM 不均匀压缩可能导致局部过热，最终影响系统性能和寿命。

2. 机械完整性与结构设计：OBC 中不同组件的机械组装需确保系统的抗震能力和热连接稳定性。TIM 厚度的精确控制以及冷却液路的设计至关重要。例如，若冷却液分布不均，将导致热热点和效率下降。此外，铝制冷却板及其配套支撑结构需要在机械负载和热传导间取得平衡。

3. 电磁兼容性与电气隔离：现代 OBC 集成了单相和三相 AC-DC 转换功能，其复杂电路拓扑容易引发 EMI（电磁干扰）问题。同时，在提供电气隔离的同时，还需优化热界面的散热性能，尤其是在高压应用中需保证器件的安全性。

4. 系统集成与仿真难度：芯片需要与其他组件高度集成，在有限的空间内实现最优布局。然而，不同组件的尺寸、形状和功能需求各异，如何合理安排它们的位置，确保电气连接可靠、信号传输稳定、散热通道畅通，同时满足电磁兼容性（EMC）要求，是一个极具挑战性的任务。

1. 磁集成技术的应用：磁集成技术在OBC中的应用，可实现体积和成本的优化。目前量产的磁集成产品大致呈以下特点：

• 以二合一、三合一是主流，其中二合一占比相对较大；
• 二合一产品中耦合、解耦均有大量应用，耦合集成主要就集中在二合一产品，如LLC电路的变压器+谐振电感集成；
• 三合一多以解耦集成为主，主要在三相电路的应用，如三相变压器、三相功率电感等；
• 从电路拓扑结构层面看，则仍以前、后级内部分别集成为主，前后级集成的方案相对较少。

2. 双向充电功能的发展：部分高级OBC支持双向充电功能，即能够将动力电池组的直流电转换为交流电，为外部设备供电，如支持V2L（Vehicle to Load）、V2G（Vehicle to Grid）和V2H（Vehicle to Home）等应用。

3. 未来技术发展方向：随着技术进步，OBC将在提高电动汽车充电效率和能源管理方面发挥更大作用，推动行业向更智能化、绿色化的方向发展。