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電動汽車電源技術與關鍵元件,OBC中的boost大功率技術

Robot Vision ? 來源:電子發燒友網 ? 作者:Sisyphus ? 2022-12-07 07:15 ? 次閱讀

電動汽車電源技術與關鍵元件,OBC中的boost大功率技術

電子發燒友網報道(文/李寧遠)新能源汽車是現在最火熱的方向,主要分為HV、HEV、BEV和FCV。HEV也叫混動汽車,我們見的比較多的叫插電混動和PHEV插電混動。BEV純電動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車上,不過其本質還是燃料電池,與傳統的燃油車有類似之處。但是不同之處在于它有電堆,通過電堆來給電動車控制器發電,然后驅動電機運作。目前最具話題性的還是HEV和BEV兩種路線,而這也是各有優勢。



電動汽車中的電源技術

在電動汽車中,電源技術發揮了重要的作用,比通過機械傳動傳統的燃油車多了很多電源技術的應用。電動汽車的心臟電池,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。

隨著電源技術的發展,現在電動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,用電動汽車電池給別的電池設備、給別的電動汽車車供電。這就需要電動汽車內能進行逆變,現在OBC流行的做法是做成一個雙向的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作單向逆變電路用。當然,這種做法就對電池BMS 這一塊的電池控制以及安全要求比較高。

電動汽車用到的電源技術里還有最關鍵的一個東西,就是電池電驅單元。電能從電池到電驅,然后再到電動機或者是DCDC。電能到DCDC是因為電動汽車還要電驅可以做一個能量回饋。這是電動汽車里非常重要的電源技術。

OBC充電技術

OBC充電技術也就是on board charger,目前主要有幾種實現方式,第一種方式就是單相充電。單相充電的方式是通過電網進入EMI濾波器,然后進入PFC,再進入DCDC ,最后經過EMI濾波器進入到電池組中。這種實現方式里,也有不同的技術路線。最傳統的當然是在Primary DCDC中加上一個升壓線路,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現,這也是因為半導體器件的功率,器件的電壓提高到了一千兩百伏以上。通過圖騰柱電路實現升壓的目的,然后再經過DCDC中的全橋LLC。全橋LLC主要也是用在充電樁上,因為相對更可控,而且在頻率等各種特性上也更優異。在電動汽車里,這種方式的充電屬于慢充。

除了單相充電,三相充電則對應的是快充,充電機功率很大,一般都大于30kW,采用三相四線制380V供電。傳統三相實現方式是把每一相都做成PLC電路,隨著碳化硅器件的發展,可以做成三相全橋整流。不帶中線的會簡單一些,帶中線的電路設計要多考慮一個雙向運行問題。

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模式進行的居多,也就是在一個開關周期內,電感的電流是連續的,電流不會歸0,電感從不“復位”,這意味著電感的磁性損耗會更小。那么在相同的大功率等級下,就能將磁芯尺寸做得更小。CCM的初級峰值電流相對較小,但會疊加較大的直流成分,并且電流始終是有一個反向恢復的過程,對二極管的消耗會增大,這就需要做一個權衡了。

電容DC Link方面,OBC上電極電容是不錯的選擇,畢竟OBC溫度沒那么高。如果要用到電驅上,那就需要考慮紋波電流,這時候薄膜電容相對來說就更可靠,能在高溫環境下穩定地工作。在EMI應用上的電容為了輔助OBC往小體積高功率方向的發展,現在也是盡可能往小體積做(前提是通過雙85測試)。

MLCC目前也在電動汽車中用得非常多,現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來進行冗余設計,保證回路可靠性。在高頻領域,MLCC的低阻抗優勢有位突出,降噪效果明顯,在ADAS和自動駕駛系統ECU等各式車載設備的電源回路中很受歡迎。

小結

新能源汽車的發展離不開電力電源技術的深入應用,利用先進的導體技術消除電池壽命損耗問題、研發更適合的逆變器技術、提升充電設備效率、解決整個電網系統的控制管理問題是電動汽車往前發展的關鍵,當然這些發展也離不開其中關鍵元件的助力。

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原文標題:電動汽車電源技術與關鍵元件,OBC中的boost大功率技術

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