电动汽车车载充电机(OBC)与车载DC/DC转换器
王正仕
（wzs@）
浙江大学电气工程学院电力电子技术研究所
中国电源学会.世纪电源网工程师交流会
上海，2017年7月8日
内容
一、高性能电动汽车车载充电机(OBC)
二、双向充电机(Bi‐OBC）技术方案
三、车载DC/DC转换器电路拓扑比较
四、充电桩电路方案
王正仕：wzs@ ,
一、高性能电动汽车车载充电机
On-Board-Charger (OBC)
王正仕：wzs@ ,
一、高性能车载OBC
电路结构
PFC—满足网侧要求：PF、THD、宽范围电网 DC/DC—电气隔离、电池端压宽范围
每一级电路高效率
电路拓扑：主流方案
* PFC—满足网侧要求：PF、THD、宽范围电网* DC/DC —电气隔离、电池端压宽范围
* 每一级电路高效率
技术性能内容
功率 3.3kW @220V(AC) ;1.6kW @110V(AC)。
6.6kW, 9.9kW 输入电压范围85-265V(AC)
功率因数（PF）>0.99（典型值）
输入电流THD<4%
额定输出电压360V（DC）
输出电压范围200-400V(DC)
输出电流范围0-12A
整机效率96.3% （典型值）
工作模式恒压、恒流（@ BMS指令或预设充电曲线）
保护功能OVP、OCP、OLP、OTP
支持CAN通讯变换器工作状态与故障诊断
电路方案1：传统桥式PFC+LLC
桥式PFC适合高电网电压，不利于110Vac系统应用的高效率
电路方案2：无桥式PFC+LLC
无桥PFC适合宽范围电网电压，有利于110Vac应用的高效率
差分采样——无桥PFC低成本方案
电路方案3：无桥式PFC+LLC
双变压器LLC，有利于提高功率密度（减低变压器高度） 电力电子电路调试的GUI界面，方便调试
PFC控制框图
I-
V-
PFC控制模型
PFC网侧波形Vac& Is
Lm
LC 串联谐振LLC 谐振？(Lm)
频率范围太宽！
LLC 软开关变换器
Lm 为变压器磁化电感
Lm 减小
LLC 网络的(Vo/Vi)传输
1o r r L C w =?Vo / Vi
w s / w o
m e m e s s m e m
e m e s s m e i o L j R L j R C j L j L j R L j R L j R C j L j L j R V ω+ω⨯+ω+ωω+ω⨯=ω+ω+ωω=1//1//V 1.可升/可降2.增益更陡
f 2f 1
LLC 设计要点
211
1/r r L C w =?1. 效率优化点频率位置f 2
2.变压器变比Np:Ns, Vi/Vo, fs@ f2,考虑电压与负载宽范围
3. Lm:Lr, 结合宽范围要求
4. Lr&Cr, 考虑谐振Q 值、Cr 耐压
ZVS
ZCS
性能：充电机效率
二、双向充电机(Bi-OBC）技术方案
王正仕：wzs@ ,
二、6.6kW
车载双向充电机(Bi-OBC ）电路拓扑
特点：
正向充电6.6kW 反向逆变3.3kW 供车220VAC 两个3.3kW 模块并联模块化汽车级器件数字化控制
:400V /320V-400V
内容指标
内容指标输入电压85V ‐265V AC/45‐65Hz 电流纹波1A pk‐pk
输入电流24‐30A （32A Max ）
最大输出功率 6.6kW @230VAC ，3.3kW
@115VAC 输出电压200V‐400V 充电方式恒流、恒压、根据电池容量
可设定电压精度/分辨率
±2 V
保护过压、过流、短路、过温系统效率95% @ 220Vac 92% @ 115Vac
接口CAN 通讯接口，变换器工作
状态信息输出
PFC 效率98%
工作环境温度‐40～+85°C
功率因数（PF ）>0.99 @120VAC,>0.98
@230VAC
冷却方式水冷（水温度‐40～+75°C ）
最大输出电流32A Max 运行时间15000小时电流精度/分辨率
3 % / 200mA <±0.2A
防水等级
建议IP67
技术指标
二、车载双向OBC （续）
采用（英飞凌）器件
serial number type Main characteristic Footprint quantity 1IKW40N65F5A IGBT 40A 650V TO‐24712 2TC234MCU 100M TQFP1441
3TLE4284DV Voltage Regulator 15V TO‐2522
4TLE4275V50Voltage Regulator 5V TO2631
5AUIRS2191S Half Bridge Drive SO‐168
6AUIRB24427S Drive Two MOSs SO‐81
7IPW65R048CFDA
IPW65R080CFD
MOSFET48mohm
650V/80mohm 650V
TO‐2476
8IDW30E65D1Diode 30A 650V TO‐2476 9TLE7368Power manager1 10TLE6250CAN收发器1
二、车载双向OBC （续）
反向变换效率
关键技术：双向LLC变换器、双向宽范围、双向高效率
固有谐振频率(fr)计算
王正仕：wzs@ ,
：
折算：
总电容：固有频率：
三、车载DC/DC转换器电路拓扑比较
王正仕：wzs@ ,
（1）全桥PWM 硬开关变换器
特点
硬开关工作，效率较低
副边有电压过冲
Co
电感Ld大电流（220A！）
一级变换
宽范围调节
输出纹波小，Co的ESR要求低
典型效率：92%
（2）移相全桥ZVS 变换器
特点
MOS：ZVS，有利高效率
副边有电压过冲
Co
电感Ld大电流（220A！）
Ip有环流，变压器发热
一级变换
宽范围调节
输出纹波小，Co的ESR要求低
典型效率：94%
（3）LLC变换器（ZVS，ZCS）
特点
LLC MOS:ZVS；D:ZCS；有利高效率二级变换
不需要大电流输出电感输出纹波大，Co的ESR要求高对二极管要求低（ZCS）
典型效率> 95.5%
王正仕：wzs@ ,
主要指标
内容
功率
3kW
输入电压范围200-400VDC, 340V Normi 输出电压范围9-16VDC ，13.8V Normi 输出电流范围0-220A DC
综合效率>95%@75%以上负载，>92%@50%负载，>90%@25%负载
保护功能OVP 、OCP 、OLP 、OTP 支持CAN 通讯变换器工作状态与故障诊断信息冷却方式
水冷
技术指标
三、车载DC/DC 转换器（续）
采用器件
实物样机照片
3kW车载高效率DC/DC转换器
90%91%92%
93%
94%
95%
96%
97%
98%
3006009001200150018002100240027003000
效率负载（W ）Vo=13.8V 效率曲线
200V
340V 400V
效率vs 功率
三、车载DC/DC 转换器（续）
四、充电桩电路方案三相维也纳整流PFC 2个LLC DC/DC 串并联
三相
AC
锂电池
Vdc 400V 400V
功率：15kW~60kW(120kW)
采用多模块并联
欢迎交流！
2017年7月8日
上海.兴华宾馆。