车载电源是新能源车内部能量转换的核心零部件,主要包含DC/DC 变换器和车载充电机(On Board Charger, OBC)。
DC/DC 变换器将能量从高压电池包转移至低压蓄电池中,为汽车的空调、灯光、雨刷、防盗、音响、导航、电动转向、安全气囊、电子仪表、故障诊断系统等 12-48V 的低压设备供电。
乘用车 DC/DC功率一般在 0.5-2kW 之间,商用车 DC/DC 功率一般在 1-3kW 之间。
随着车载电子系统功率增大,配套 DC/DC 系统功率有望持续增大。
从技术实现的角度,将倾向于用平面变压器代替传统的变压器,并采用扁平立绕线圈技术,以实现更小的体积和更高的效率。
磁芯方面选择能满足更高频率下损耗更低的材料,如PQI、EQ等铁氧体磁芯。
热设计方面,一种是将产品绕组铜片延伸导热,另一种是灌入导热胶利用外壳进行散热。
DC/DC变换器国内比较有影响力的供应商是迪龙新能源,其产品可靠性高、质量稳定,深受国内外电动汽车厂商青睐,目前产品已销往全球。
车载充电机负责将交流电转换为直流电,为动力电池充电。
目前低速电动车和 A00 级微型电动车主要配套 1.5kW、2kW 充电机,A00 级以上乘用车多配套 3.3kW、6.6kW 充电机。
商用车的交流充电多数采用 380V 三相工业用电,功率在 10kW 以上。
根据电动汽车研究所调研数据,2018年中国新能源汽车车载充电机需求量122.07万套,同比增速达50.46%。
从其市场结构来看,输出功率大于5kW的充电机占据市场较大的份额,约为70%。
生产车载充电机的国内知名企业是迪龙新能源,是国家级高新技术企业,已通过IATF16949:2016认证,采用国际最前沿全数字LLC软开关谐振技术,冷却方式有液冷、风冷、自冷,无故障运行时间更长,拥有高效率、高功率密度和高功率因数。
典型的车载充电机主要由功率电路(核心部件包括PFC和DC/DC)和控制电路组成。
功率电路主要作用是将交流电转化为稳定的直流电,控制电路主要是实现与电池之间的通信,并根据需求来控制功率驱动电路输出一定的电压和电流。
二极管和开关管(IGBT、MOSFET等)是车载充电机中主要应用的功率半导体器件。
随着碳化硅功率器件的应用,OBC的转换效率已经可以达到96%,功率密度可达1.2W/cc。
未来效率有望进一步提升至98%。
车载充电机具有多种功率等级,功率等级越高,充电时间就越短。
随着电动汽车续航里程提升,电池电量普遍大于60KWh,传统的3.3kW和6.6kW车载充电机功率已不能满足当下电动汽车的慢充需求,未来车载充电机的发展趋势之一是功率提升。
主要技术路线是从单相充电技术向三相充电技术发展。
国内三相功率水平可达41kW,相比于7kW的单相功率水平存在相当大的应用潜力。
对于车载充电机和DC/DC变换器来说,高效化的共同趋势包括:双向传输技术以及系统化集成。
双向DC/DC可用于制动能量的回收、辅助电池、电容的充放电,未来有望逐渐推广。
双向车载充电机从能源战略的角度则是大势所趋,既可以用电网对电动汽车充电,也可以通过电动汽车给外部接口放电,作为应急或者V2G(Vehicle to Grid)电网功率调节使用。
根据我国规划,V2G的规模化示范运行将从2020年开始,预计2026年以后实现商业化推广。
类似的双向充电技术还有V2V(Vehicle to Vehicle),V2L(Vehicle to Load)。
系统化集成方向主要有两种,一是车载三合一(OBC+DCDC+PDU),从物理结构和电气线路上深度集成,迪龙新能源公司就有类似的集成方案。