車載充電機(jī)0BC及供應(yīng)商25強(qiáng)

新能源電動汽車的動力系統(tǒng)與傳統(tǒng)的燃油汽車不同，“三電”取

代了傳統(tǒng)的油箱、發(fā)動機(jī)和變速箱等。“三電”主要包括驅(qū)動系統(tǒng)“大

三電”(動力電池、電機(jī)控制器和電機(jī))，以及電源系統(tǒng)“小三電”

(車載充電機(jī)OBC、DC/DC變換器和高壓配電盒PDU)o其中車載充

電機(jī)0BC是決定電動汽車充電功率和效率的關(guān)鍵部件之一，而二極管

和IGBT、SiCMOSFET等功率半導(dǎo)體就是實現(xiàn)OBC直流電與交流電變

換的關(guān)鍵器件。

一、什么是車載OBC

車載充電機(jī)(On-boardcharger)簡稱OBC,也稱為車載充電器，

顧名思義就是固定在電動汽車上的充電器，具有對電動汽車動力電池

安全、自動充電的能力，主要應(yīng)用于必須“插電”充電的電動汽車,

如純電動汽車(BEV,純電池驅(qū)動)和插電式混合動力汽車(PHEV)o

B

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Battery

ChargerUnit

CableBox

作為電動汽車與公共電網(wǎng)之間的接口，0BC能將來自電網(wǎng)的父流

電(AC)轉(zhuǎn)化為電動汽車高壓電池所需的直流電(DC),為電動汽車

的動力電池充電；也能將動力電池的直流電逆變?yōu)榻涣麟娀仞伒诫娋W(wǎng),

實現(xiàn)汽車動力電池和電網(wǎng)之間的能量轉(zhuǎn)換。

OBC也能提供充電時所需的相應(yīng)的保護(hù)功能，包括過壓、欠壓、

過流、欠流等多種保護(hù)措施，當(dāng)充電系統(tǒng)出現(xiàn)異常會及時切斷供電。

為提高電氣安全性，通常電網(wǎng)側(cè)與車載側(cè)之間需要設(shè)置耐電壓

2500V-3750V的電氣隔離層，即隔離型車載充電機(jī)(Isolated

On-BoardCharger,簡稱為OBC)。當(dāng)前，絕大多數(shù)的電動汽車均配

置的是隔離型車載充電機(jī)。

二、0BC結(jié)構(gòu)和電路

一般來說，車載充電機(jī)可分為單向車載充電機(jī)、雙向車載充電機(jī)

和集成式車載充電機(jī)。

?單向車載充電機(jī)(Uni-DirectionOn-BoardCharger)：功率

單向流動，一般采用高頻開關(guān)電源技術(shù)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為單級式結(jié)構(gòu)和

兩級式結(jié)構(gòu)；只有充電功能。

■雙向車載充電機(jī)(Bi-DirectionOn-BoardCharger)：功率雙

向流動，多采用兩級變換結(jié)構(gòu)，由雙向AC-DC變換器和雙向DC-DC變

換器構(gòu)成；既有充電功能，同時還有逆變功能。①充電功能：從電網(wǎng)

取電，經(jīng)由地面交流充電樁、交流充電口，連接至車載充電機(jī)，給車

載動力電池進(jìn)行充電。②逆變功能V2L(VehicletoLoad)逆變功

能：從車載動力電池取電，經(jīng)由雙向車載充電機(jī)、交流充電口、專用

的V2L交流電插座板，給地面電氣設(shè)備提供220VAC交流電；V2G

(Vehicle-to-grid)逆變功能：從車載動力電池取電，經(jīng)由雙向車

載充電機(jī)、交流充電口、地面交流充電樁，連接至電網(wǎng)。

?集成式車載充電機(jī)：

①OBC、DC-DC、PDU等車載電源的集成：0BC+DC-DC二合一集成、

OBC+DC-DC+PDU三合一集成；

?②電機(jī)、電控、減速器、OBC、DC-DC、BMS等電驅(qū)+車載電源的

集成：多合一集成。

圖6.6KW0BC+DC-DC二合一攝于2023慕尼黑華南電子展重慶平

偉實業(yè)展臺

0BC電路主要由功率電路和控制電路組成，其中功率電路分為兩

個級別，一個是功率因素校正(PowerFactorCorrection,個C)級,

能實現(xiàn)電網(wǎng)交流電壓變?yōu)橹绷麟妷?，并保證輸入交流電流與輸入交流

電壓同相位，根據(jù)實際設(shè)計功率需求的不同可采用多級Boost電路并

聯(lián)進(jìn)行擴(kuò)容；一個是DC-DC轉(zhuǎn)換器，能從PFC級獲得DC輸出，并將

其轉(zhuǎn)換為電池充電所需的電平，轉(zhuǎn)換器的輸出電壓和電流能基于電池

的整體健康狀態(tài)和充電狀態(tài)隨時間變化，根據(jù)實際設(shè)計功率需求的小

同可采用多級DC/DC電路并聯(lián)進(jìn)行擴(kuò)容，匕較常見的DC/DC級電路拓

撲有移相全橋和LLC兩種。

目前0BC的設(shè)計目標(biāo)更傾向于高頻化、高功率因素和高效化，根

據(jù)不同的功率級別會采用不同的拓?fù)?。通常情況下，隨著功率的增加,

系統(tǒng)的整體損耗也會增加，而基于SiC的功率器件具有低電容、低導(dǎo)

通電阻、高耐溫耐壓等優(yōu)勢，可以減少整體元器件數(shù)量并提高效率,

減小0BC的尺寸、重量、成本和復(fù)雜性。

以英飛凌的方案為例，PFC電能轉(zhuǎn)換部分包括作為開關(guān)的IGBT

或MOSFET（2個）及肖特基二極管SBD（6個）。當(dāng)需要實現(xiàn)雙向充

電功能時，IGBT增加一組，共4個以實現(xiàn)雙向變換，整流部分的二

極管換為MOSFET（2個）。在DC-DC部分，包括MOSFET（4個）及

SBD（4個）。這些功率器件均可根據(jù)需求將Si基器件替換為SiC器

件。

對需要車載充電機(jī)OBC的電動汽車來說，充電時間和充電后的有

效車輛續(xù)航里程是關(guān)鍵參數(shù)，而這兩個因素由電池尺寸和額定充電功

率所決定。目前在電動汽車400V、600V電壓平臺的架構(gòu)下，充電功

率范圍從3.3kW和6.6kW的低功率單相系統(tǒng)，逐漸向可滿足800V

等更高壓架構(gòu)下的充電需求即11kW和22kW的大功率系統(tǒng)發(fā)展。

上圖展示了3.3kW、6.6kk11kW和22kWOBC相關(guān)的典型車

型、電池尺寸、從0%至100%的充電時間以及競爭性技術(shù)，車型涵蓋

從通勤汽車BEV到類似電動卡車等更大型且更高性能的BEVo如圖所

示，即使充電功率高3倍多，更大容量的車輛從0%到10096的充電時

間仍更長。這使得0BC尤其適合大功率系統(tǒng)，也就是說，可以使得損

耗的功率更少，充電速度也更快。

為實現(xiàn)大功率、快充、雙向充電、集成化、輕量化等需求趨勢，

SiC器件逐漸取代Si基器件成為OBC的首選功率器件。早在2018年，

比亞迪就已經(jīng)將SiCMOSFET應(yīng)用在DC/DC、OBC中批產(chǎn)使用，并已大

量采用國產(chǎn)SiC器件。除了比亞迪外，目前還有特斯拉、豐田、現(xiàn)代、

捷豹路虎、吉利、雷諾、上海大眾、日產(chǎn)等車企也已在OBC中使用

SiC器件。

三、市場情況

當(dāng)前，全球新能源汽車市場勢頭高漲，正處于快速發(fā)展階段，我

國發(fā)展增速較為突出。根據(jù)公開數(shù)據(jù)顯示，2022年全球新能源汽車

銷量達(dá)到了1007.33萬輛，同比增長56.37%,我國銷量688.7萬輛，

同比增長95.6%,增速大幅超出全球增長水平。根據(jù)中汽協(xié)最新數(shù)據(jù)，

我國今年上半年新能源汽車產(chǎn)銷量分別已達(dá)378.8萬輛和374.7萬輛,

同比增長42.4%和44.1%,市場占有率達(dá)到28.3機(jī)其中，比亞迪獨

占市場三分之一，上半年已累計新能源汽車銷量達(dá)125.56萬輛。

根據(jù)NE時代以國內(nèi)整車終端保險數(shù)據(jù)為統(tǒng)計口徑對新能源關(guān)鍵

部件的裝機(jī)量進(jìn)行的統(tǒng)計整理，2022年全年新能源乘用車OBC裝機(jī)

量累計512.87萬套，同比增長77.6隊2023年1-6月國內(nèi)OBC裝機(jī)

量累計283.93萬套，相比去年同期206.73萬套增長了37.34%o

2022年與2023上半年

中國EV與OBC—量情況（小位：萬輛/萬套）

IEV■OK

800

從市場競爭格局來看，國內(nèi)新能源汽車市場共計46家OBC企業(yè)

實現(xiàn)裝車配套，市場集中度偏高。排名前三的0BC企業(yè)為弗迪動力、

威邁斯和特斯拉，裝機(jī)量分別為146.99萬套、104.82萬套、44.17

萬套，占總裝機(jī)量比分別為28.7為萬.4%和8.6%。前三企業(yè)總計占

據(jù)了整體0BC市場的57.7%。

新能源乘用車OBCM食企業(yè)TOPIO（2022年）

〃華集06.49%

從TOP企業(yè)類型來看，新能源乘用車OBC市場競爭企業(yè)主要為兩

大陣營：一為以比亞迪、特斯拉為代表的主機(jī)廠，一為以威邁斯、英

搏爾、欣銳科技為代表的第三方供應(yīng)商。

從客戶供應(yīng)關(guān)系來看，威邁斯的供貨客戶數(shù)量最多，且長安、合

眾、理想、零跑等客戶的裝機(jī)量超10萬套。英搏爾對五菱的OBC裝

機(jī)量超20萬套，另奇瑞、思皓、威馬、幾何等均為重要客戶。富特

科技的OBC產(chǎn)品在埃安的裝機(jī)量超20萬套，歐拉接近10萬套，其次

為蔚來、東風(fēng)風(fēng)光等。欣銳科技拿到了比亞迪、極氯、小鵬、吉利等

整車銷量領(lǐng)先品牌的配套，其中對比亞迪的裝機(jī)量超10萬套。當(dāng)裝

機(jī)量超5萬、10萬套的客戶數(shù)量越多，第三方OBC供應(yīng)商的市場地

位越穩(wěn)定，越靠前。

第二方單家客戶裝機(jī)量超5萬套

第二方供應(yīng)商客戶裝機(jī)量

長安單家＞10萬套

哪吒單家＞10萬套

理想單家＞10萬套

零跑單家》10萬套

威邁斯

奇瑞單家＞9萬套

榮威單家＞9萬套

幾何單家》5萬套

小鵬單家＞5萬套

五菱單家〉20萬套

英博爾

奇瑞單家》5萬套

埃安單家＞20萬套

富特科技?xì)W拉單家＞9萬套

蔚來