探索車(chē)載充電機:從基礎到趨勢,聚焦碳化硅功率器件

發(fā)布時(shí)間:2025-3-12 09:08    發(fā)布者:Eways-SiC
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引言隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,車(chē)載充電機(On-Board Charger,OBC)作為電動(dòng)汽車(chē)的核心組件之一,其重要性日益凸顯。OBC不僅是連接電動(dòng)汽車(chē)與外部電源的橋梁,還直接決定了車(chē)輛的充電效率、電池壽命以及整體使用體驗。近年來(lái),碳化硅(SiC)功率器件憑借其卓越的電氣性能和出色的熱穩定性,逐漸成為車(chē)載充電機領(lǐng)域的技術(shù)焦點(diǎn)。它不僅提升了充電效率,還為電動(dòng)汽車(chē)的快速充電和高壓平臺發(fā)展提供了強有力的支持。本文將深入探討車(chē)載充電機的基本原理和技術(shù)發(fā)展趨勢,并聚焦碳化硅功率器件在OBC中的應用,揭示其如何推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的革新。
01什么是車(chē)載充電機?車(chē)載充電機(OBC)是電動(dòng)汽車(chē)中的關(guān)鍵部件,負責將外部輸入的交流電(AC)轉換為直流電(DC),為動(dòng)力電池充電。除了電能轉換,OBC還具備多種保護機制,能夠精準控制充電參數,延長(cháng)電池壽命,并通過(guò)高效轉換技術(shù)提升充電效率。此外,OBC還能適應多樣化的充電需求,幫助電動(dòng)汽車(chē)更好地融入不同的使用場(chǎng)景。02傳統車(chē)載充電機使用什么類(lèi)型的功率器件?在傳統的車(chē)載充電機中,硅基(Si)功率半導體器件扮演了重要角色。具體來(lái)說(shuō)有兩種:IGBT(絕緣柵雙極型晶體管):廣泛應用于11kW及以下功率等級的OBC中,主要用于功率轉換的核心部分。硅基MOSFET(金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管):多用于低壓、高頻電路部分。然而,傳統硅基器件在高頻工作時(shí)存在效率和功率密度的局限性,限制了車(chē)載充電機性能的進(jìn)一步提升。3車(chē)載充電機的功率發(fā)展趨勢隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)對充電速度和效率的需求不斷提升,OBC的功率等級也在逐步升級。以下是OBC功率發(fā)展的主要階段和未來(lái)方向:1. 6kW OBC:基礎充電· 應用場(chǎng)景:早期電動(dòng)汽車(chē),適合家庭充電! 充電時(shí)間:8-10小時(shí)充滿(mǎn)電! 特點(diǎn):成本低,結構簡(jiǎn)單,適合入門(mén)級車(chē)型。2. 11kW OBC:主流選擇· 應用場(chǎng)景:家庭和公共充電樁,適用于中高端電動(dòng)汽車(chē)! 充電時(shí)間:4-6小時(shí)充滿(mǎn)電! 特點(diǎn):性能和成本平衡,滿(mǎn)足日常充電需求。3. 22kW OBC:高功率快充· 應用場(chǎng)景:高性能電動(dòng)汽車(chē),適用于快充站! 充電時(shí)間:2-3小時(shí)充滿(mǎn)電! 特點(diǎn):采用碳化硅器件,效率更高,體積更小,支持快速充電。4. 30kW及以上OBC:未來(lái)超快充電· 應用場(chǎng)景:800V高壓平臺,支持超快充電(如10分鐘充至80%)! 特點(diǎn):依賴(lài)碳化硅器件,實(shí)現高效率和高可靠性,目標是將充電時(shí)間縮短至與傳統燃油車(chē)加油相當。5. 未來(lái)趨勢:雙向充電與智能化· 雙向充電:支持車(chē)輛到電網(wǎng)(V2G)能量交互! 智能化:與電池管理、熱管理深度集成,實(shí)現智能充電和能量?jì)?yōu)化。
04
為什么碳化硅功率器件逐漸成為車(chē)載充電機的主流選擇?

“窮則變,變則通,通則久!

隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)對充電效率和速度的要求不斷提高,傳統硅基器件的局限性逐漸暴露。碳化硅功率器件憑借其獨特的物理特性,成為車(chē)載充電機領(lǐng)域的新寵。

1. 碳化硅的物理優(yōu)勢:

· 高耐壓能力:碳化硅的臨界電場(chǎng)強度高達2.2×10⁶ V/cm,遠高于硅材料。

· 耐高溫:碳化硅的熔點(diǎn)高達300°C,適合高溫環(huán)境下的工作。

· 優(yōu)異的散熱性能:碳化硅的熱導率為4.9 W/cmK,能夠有效散熱,減少器件過(guò)熱風(fēng)險。


2. 碳化硅與硅基器件的對比:· 硅MOSFET的局限性:硅MOSFET在連續導通模式下會(huì )產(chǎn)生高功率損耗,限制了其在高功率應用中的使用。而碳化硅MOSFET能夠在連續導通模式下高效運行,顯著(zhù)降低損耗! IGBT的局限性:IGBT的開(kāi)關(guān)頻率較低,導致磁性元件和無(wú)源組件的體積和重量增加。碳化硅功率器件的高開(kāi)關(guān)頻率則能大幅減少這些組件的尺寸和重量。       正是這些優(yōu)勢,使得碳化硅功率器件在車(chē)載充電機領(lǐng)域越來(lái)越受到青睞。05隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)向800V甚至更高壓平臺發(fā)展,碳化硅基OBC具有怎樣的顯著(zhù)優(yōu)勢?1. 更高的效率:· 低導通電阻:碳化硅器件在高壓平臺下具有更低的導通電阻,減少了電能損耗,提升了充電效率?焖匍_(kāi)關(guān)特性· 快速開(kāi)關(guān)特性:碳化硅器件的開(kāi)關(guān)速度比硅基器件快得多,能夠降低開(kāi)關(guān)過(guò)程中的能量損失。2. 更高的功率密度:· 高頻工作能力:碳化硅器件的高頻工作能力使得OBC可以使用更小尺寸的磁性元件,從而減小整體體積,提高功率密度。高耐壓能力· 高耐壓能力:碳化硅的高擊穿電場(chǎng)強度使其能夠承受更高的電壓,支持更緊湊的設計。3. 更好的可靠性和穩定性:· 出色的熱性能:碳化硅的高熱導率使其在高溫環(huán)境下仍能保持穩定性能,減少故障風(fēng)險! 耐高壓特性:碳化硅器件能夠輕松應對高壓環(huán)境,確保OBC在高壓平臺下長(cháng)期可靠運行。4. 更好地適應新的充電需求· 支持大功率快充:碳化硅基OBC能夠高效處理高功率充電需求,滿(mǎn)足用戶(hù)對快速充電的期望! 雙向充電功能優(yōu)化:碳化硅器件能夠高效實(shí)現電能的雙向流動(dòng),支持車(chē)輛到電網(wǎng)(V2G)等新型充電模式。
06雙向OBC如何適應不同充電場(chǎng)景并保證充電安全?雙向OBC通常采用兩級架構:· 前級:功率因數校正(PFC)模塊:用于提高輸入功率因數并抑制高次諧波! 后級:DC-DC轉換器(LLC模塊):用于滿(mǎn)足電池充電的電流電壓要求,并實(shí)現電氣隔離。通過(guò)調節輸出電壓,雙向OBC能夠適應不同的充電場(chǎng)景,確保充電安全。例如,在電網(wǎng)充電模式下,OBC將交流電轉換成直流電為電池充電;在車(chē)輛到電網(wǎng)(V2G)模式下,OBC將電池的直流電逆變成交流電反饋到電網(wǎng)。
07雙向OBC選擇碳化硅進(jìn)行大功率設計的意義?在800V架構下的雙向OBC設計中,碳化硅功率器件展現出顯著(zhù)優(yōu)勢:高效率:碳化硅MOSFET能夠顯著(zhù)降低導通和開(kāi)關(guān)損耗,提升整體效率。高功率密度:碳化硅器件的高頻工作能力使得OBC可以使用更小尺寸的磁性元件,減小體積和重量。簡(jiǎn)化熱管理:碳化硅的低功耗特性簡(jiǎn)化了熱管理設計,降低了系統復雜性。


08愛(ài)仕特有哪些產(chǎn)品適用于大功率雙向OBC?作為碳化硅功率器件及應用方案引領(lǐng)者,愛(ài)仕特推出了適用于大功率雙向OBC的MT4系列和MT7系列碳化硅MOSFET。這些產(chǎn)品不僅具備卓越的性能,還在雙向充電技術(shù)上實(shí)現了重大突破。
1. MT4系列(TO247-4)碳化硅MOSFET· 低導通電阻:適用于高壓、大電流環(huán)境,顯著(zhù)降低功率損耗! 高可靠性:在高溫、高濕度等復雜環(huán)境下仍能保持穩定性能。
2. MT7系列(TO263-7)碳化硅MOSFET· 快速開(kāi)關(guān):支持高效的雙向能量轉換,減少開(kāi)關(guān)損耗! 優(yōu)化散熱:良好的熱導率確保器件在高負荷下穩定運行
09結語(yǔ)碳化硅功率器件憑借其卓越的性能,正在推動(dòng)車(chē)載充電機技術(shù)的革新。隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)向高壓平臺和雙向充電方向發(fā)展,碳化硅基OBC將成為未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)充電系統的核心。愛(ài)仕特作為碳化硅技術(shù)的引領(lǐng)者,將繼續致力于為行業(yè)提供高效、可靠的解決方案,助力電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
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Eways-SiC 發(fā)表于 2025-5-8 11:30:42
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