淺析華為車載充電機的技術(shù)方向與主流OBC企業(yè)盤點
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對于多數(shù)電動汽車用戶來說，在家或是在公司進行目的地充電應(yīng)該是更常用，也是更理想的方式，這樣可以免去頻繁跑直流充電站的煩惱。而車載充電機 OBC（On-board charger）是完成將交流電轉(zhuǎn)換為電池所需的直流電，并決定了充電功率和效率的關(guān)鍵部件；所以O(shè)BC技術(shù)的進步和用戶充電體驗有著非常大的關(guān)系。隨著新能源汽車行業(yè)的發(fā)展與進步，提升新能源汽車?yán)m(xù)航里程成為了行業(yè)發(fā)展的主要任務(wù)之一，在動力電池能量密度不能持續(xù)增加的情況下，降低車用部件重量是提升續(xù)航里程的首選方案，碳化硅功率器件替代硅器件對OBC功率密度提升和重量降低有著顯著的效果。1． 什么是OBC？車載充電機OBC（On-board Charger）是指固定安裝在新能源汽車上的充電機，具有為新能源汽車動力電池，安全、自動充滿電的能力，充電機依據(jù)電池管理系統(tǒng)（BMS）提供的數(shù)據(jù)，能動態(tài)調(diào)節(jié)充電電流或電壓參數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的動作，完成充電過程。對于新能源汽車普通消費者而言，主要關(guān)注兩個體驗：一個是駕乘體驗，包括動力性、舒適性、娛樂性等；另外一個則是充電體驗。
充電體驗是個什么概念呢？結(jié)合OBC的規(guī)格參數(shù)來說， 11kW的OBC，意味著充滿88kWh的電池（續(xù)航里程大概在650km-750km），需要8h。如果與充滿一部手機或者加滿一輛燃油車的時間來對比，這個時間無疑是漫長。
但需要注意的是，11kWh的OBC實際上已經(jīng)算是功率較高的水平，滿足日常需求完全沒問題
因此不斷提高充電速率是OBC的發(fā)展方向。
大致的了解了OBC背景，接下來看一下OBC內(nèi)部設(shè)計。
OBC由PFC（Power Factor Correction：功率因數(shù)校正器） + 隔離DC-DC組成的AC-DC轉(zhuǎn)換器。
2． OBC發(fā)展趨勢
2008年，新能源汽車作為示范工程亮相北京奧運會，國家開始大力扶持新能源汽車行業(yè)，之后的10年里，新能源汽車經(jīng)歷了第一個高速發(fā)展的10年，OBC行業(yè)也在這10年中發(fā)生了巨大的變化。
欣銳科技是國內(nèi)領(lǐng)先的車載電源制造商這里透過欣銳科技的產(chǎn)品發(fā)展歷史和趨勢來概覽行業(yè)的發(fā)展。欣銳科技車載電源產(chǎn)品在近十幾年經(jīng)過不斷的迭代和更新，OBC產(chǎn)品效率從2012年的93%提升到現(xiàn)在96%，預(yù)計到2020年，車載OBC產(chǎn)品效率可以達到97%-98%；集成產(chǎn)品體積從第一代的53.3L到第三代的11.2L，縮小了近80%，質(zhì)量從第一代的26kg到第三代的12kg，降低了超過50%。碳化硅器件在欣銳科技車載電源產(chǎn)品效率、功率密度和質(zhì)量密度提升上發(fā)揮了重要作用。
表（一）欣銳科技集成產(chǎn)品 （資料來源：方正證券研究報告）
3． 碳化硅功率器件在OBC中的應(yīng)用
OBC典型電氣結(jié)構(gòu)由PFC和DC/DC兩部分組成 ，典型拓?fù)淙鐖D（二）所示。
圖（二）6.6kW OBC典型拓?fù)潆娐?/p>
二極管和開關(guān)管（IGBT、MOSFET等）是OBC中主要應(yīng)用的功率半導(dǎo)體器件。
3.1 碳化硅肖特基二極管在OBC中的應(yīng)用
如圖（二）所示，OBC的前級PFC電路和后級DC/DC輸出電路中會使用到二極管（Da、Db、D1、D2、D3、D4），對于二極管應(yīng)用而言，二極管會根據(jù)應(yīng)用的開關(guān)頻率在正向?qū)ê头聪蚪刂範(fàn)顟B(tài)切換。
二極管工作在正向?qū)顟B(tài)時，為了降低二極管自身的導(dǎo)通損耗，需要選擇正向?qū)▔航担╒F）值盡可能低的二極管。
二極管工作在反向截止?fàn)顟B(tài)時，為了降低其截止?fàn)顟B(tài)下反向漏電流（IR）帶來的損耗，需要選擇反向漏電流小的二極管。
二極管在開關(guān)狀態(tài)切換時，為了降低其開通關(guān)斷過程的損耗，需要選擇輸入電容（QC）小、開通關(guān)斷速度快的二極管。
在碳化硅功率器件批量應(yīng)用前，硅基超快恢復(fù)二極管在OBC的PFC電路有廣泛應(yīng)用，而在輸出電路中，半導(dǎo)體廠商可以提供低VF值的產(chǎn)品來應(yīng)對客戶的應(yīng)用需求，但是上述單一性能優(yōu)秀的產(chǎn)品也存在明顯的弱點，只能適用于特定的領(lǐng)域。碳化硅材料的出現(xiàn)讓二極管的VF 、IR 、QC等技術(shù)指標(biāo)同時滿足不同應(yīng)用要求成為了可能。
相比與硅基肖特基二極管，碳化硅肖特基二極管的最大優(yōu)勢在于反向恢復(fù)電流IR可以忽略不計。
圖（三）碳化硅二極管與硅二極管反向恢復(fù)電流對比
對于OBC的PFC電路而言，硅基肖特基二極管的反向恢復(fù)損耗在其整體損耗中占據(jù)相當(dāng)?shù)谋戎?，在PFC電路使用碳化硅肖特基二極管可有效提升PFC電路的效率；
碳化硅肖特基二極管的QC和VF兩個主要參數(shù)相比硅基二極管也具有一定優(yōu)勢，在OBC的后級輸出電路中使用碳化硅二極管可以進一步提升輸出整流的效率。
3.2 碳化硅MOSFET在OBC中的應(yīng)用
在單相交流輸入的OBC（拓?fù)鋱D參考圖二）應(yīng)用中，DC/DC的前段需要使用開關(guān)管將直流電壓逆變成交流電壓，由于PFC輸出的直流電壓在400V以下，且系統(tǒng)功率不超過6.6kW，選擇650V、20A的開關(guān)管即可。在650V 20A的檔位的開關(guān)管中，CoolMOSTM導(dǎo)通電阻和輸入電容QC在硅基產(chǎn)品中處于領(lǐng)先地位；650V碳化硅MOSFET跟650V CoolMOSTM相比，雖然其導(dǎo)通電阻和輸入電容都有一定的優(yōu)勢，但價格要比同規(guī)格CoolMOSTM高3-5倍，實際應(yīng)用中CoolMOSTM在此市場中占據(jù)著主導(dǎo)地位。
縮短充電時間和提升動力電池電壓是新能源汽車發(fā)展的兩個主要課題：對于車載充電而言，單相OBC受交流電進線電流限制，功率最大只能做到6.6kW，采用三相輸入的模式可以將目前6.6kW的功率提升到11kW，大幅提升充電速度；電池電壓提升對于OBC技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
輸入電壓由單相220V AC變成三相380V AC后，PFC電輸出級的電壓會相應(yīng)提高到550V左右，如果采用兩電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，650V的CoolMOSTM已經(jīng)無法滿足要求，需要選用900V/1200V的開關(guān)管器件。
電池電壓的提升，意味著OBC后級輸出電壓升高，配合目前OBC從單向到雙向的發(fā)展趨勢，DC/DC次級器件會從目前的650V二極管轉(zhuǎn)變成900V/1200V的開關(guān)管。
900V及以上規(guī)格CoolMOSTM產(chǎn)品成本較高，性能上與碳化硅MOSFET的差距比650V的器件更大，因此900V/1200V碳化硅MOSFET在三相11kW OBC中有著廣闊的應(yīng)用前景。各車載電源廠家已經(jīng)陸續(xù)開始開發(fā)三相11kW OBC，首選方案均考慮使用碳化硅MOSFET作為DC/DC輸入級開關(guān)管，可以預(yù)見，未來三相11kW OBC將會成為碳化硅MOSFET的主要應(yīng)用場景之一。
圖（四）雙向OBC拓?fù)浜唸D
結(jié)合新能源汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢和碳化硅功率器件的特點，碳化硅二極管和MOSFET已經(jīng)在OBC應(yīng)用中占據(jù)一定市場份額，未來的市場占比會逐步擴大，具備較為廣闊的市場。
4． 新一代符合OBC應(yīng)用的碳化硅功率器件
碳化硅功率器件相比硅基器件具有很多優(yōu)勢，但部分技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)需要進一步提升，才能更好的適用于OBC系統(tǒng)。
4.1 適合OBC應(yīng)用的新一代碳化硅肖特基二極管：
PFC電路是碳化硅二極管在OBC系統(tǒng)中的主要應(yīng)用電路之一，其對二極管器件的抗浪涌能力要求較高，相比于硅基二極管，碳化硅二極管的抗浪涌電流能力相對較弱。如何在保證VF 、IR 、QC等核心參數(shù)不變或提升的情況下，提升器件的抗浪涌電流能力是碳化硅二極管發(fā)展面臨的重要課題之一。基本半導(dǎo)體推出的適合OBC行業(yè)應(yīng)用的650V、20A碳化硅肖特基二極管（B1D20065HC），與國際主流競爭對手相比，主要技術(shù)參數(shù)與對手處在同一水平線或達到業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平。
圖（五）650V、20A碳化硅肖特基二極管與競品主要參數(shù)對比
4.2 適合OBC應(yīng)用的新一代碳化硅MOSFET：
碳化硅MOSFET開關(guān)速度快，開啟電壓Vth相比硅MOS要低不少，如何降低碳化硅MOSFET在高頻應(yīng)用中的誤動作風(fēng)險，是工程師在應(yīng)用中碰到的最大問題。
如圖（六）、圖（七）所示，采用開爾文封裝工藝，將傳統(tǒng)的TO-247-3封裝變成TO-247-4封裝，可實現(xiàn)碳化硅MOSFET功率源極和驅(qū)動源極分開，有效降低碳化硅MOSFET關(guān)斷時L*di/dt對碳化硅MOSFET柵極的影響，降低MOSFET誤動作的風(fēng)險。
圖（六） TO-247-3封裝碳化硅MOSFET 關(guān)斷過程簡圖
圖（七） TO-247-4封裝碳化硅MOSFET關(guān)斷過程
》》主流OBC企業(yè)盤點《《
目前，在OBC市場上主要分為三種競爭者：
1.OEM自主的OBC產(chǎn)品，如比亞迪自建的OBC產(chǎn)品。
2.汽車電子供應(yīng)商，直接供應(yīng)OBC產(chǎn)品。特征是自建研發(fā)能力、技術(shù)有積累有渠道優(yōu)勢，專注于OBC產(chǎn)品的開發(fā)，可以為OEM直接提供OBC產(chǎn)品，如欣銳科技、臺達電子、聯(lián)合電子等。
3.BC的集成商，具備設(shè)計能力，但零部件通過采購的方式來獲得，進行集成，如匯川技術(shù)、藍(lán)海華騰等。
圖片來源：深圳欣銳科技
1. 深圳欣銳科技股份有限公司
主營產(chǎn)品：
新能源汽車高壓“電控”解決方案（其主要技術(shù)集中在車載DC/DC變換器和車載充電機，統(tǒng)稱為車載電源）
配套客戶：
北汽，吉利，比亞迪，本田，現(xiàn)代，小鵬，威馬等
2. 西門子電動汽車動力總成系統(tǒng)（上海）有限公司
主營產(chǎn)品：
高壓電機系統(tǒng)，電機控制器系統(tǒng)，車載充電機系統(tǒng)
3. 聯(lián)合汽車電子有限公司
主營產(chǎn)品：
發(fā)動機管理系統(tǒng)（發(fā)動機電子控制器、燃油分配管總成、電子節(jié)氣門體、碳罐控制閥、氧傳感器、點火線圈、壓力傳感器、相位傳感器、爆震傳感器、溫度傳感器、空氣流量計、電動燃油泵、油門踏板、高壓噴油器、高壓油泵），變速箱控制系統(tǒng)（變速箱控制器、變速箱電子控制模塊、電磁閥、液壓模塊、位移傳感器、檔位傳感器、油溫傳感器、中壓壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器），混合動力及電力驅(qū)動（分離式電機、同軸式電機、電力電子控制器、混合動力系統(tǒng)、能量回收加速輔助系統(tǒng)），車身電子（車身控制模塊BCM、發(fā)動機防盜控制模塊、網(wǎng)關(guān)控制模塊、座椅加熱控制模塊、座椅記憶控制模塊、電子轉(zhuǎn)向柱控制模塊、車窗模塊、門控模塊、電動尾門ECU），BMS，整車控制器VCU，DCDC，車載充電機OBC，域控制器等
配套客戶：
北京汽車，北汽福田，北京奔馳，一汽夏利，長城汽車，神龍汽車，東風(fēng)汽車，長安福特，重慶力帆，長安鈴木，長安汽車，小康汽車，昌河汽車，廣汽長豐，東風(fēng)柳汽，上汽通用五菱（宏光MINI EV），比亞迪，東風(fēng)日產(chǎn)，廣汽乘用車，海馬汽車，華晨寶馬，哈飛，東安，一汽大眾，沈陽三菱，金杯汽車，上汽大眾，上汽通用，江淮汽車，吉利汽車，東南汽車，廣汽吉奧，眾泰汽車，中華汽車，長安馬自達，福建戴姆勒，昌河鈴木，奇瑞汽車，青年蓮花，中興汽車，菲亞特，蔚來ES6，廣汽傳祺，理想ONE等。
4. 弗迪動力有限公司
主營產(chǎn)品：
新能源汽車用驅(qū)動電機總成及周邊特種電機產(chǎn)品，純電動力、混合動力、傳統(tǒng)動力全面車型解決方案，驅(qū)動三合一，高壓三合一，動力總成解決方案。
配套客戶：
比亞迪，豐田，長城汽車，一汽，東風(fēng)，江淮，東風(fēng)等。
5. 蘇州匯川技術(shù)有限公司
主營產(chǎn)品：
新能源乘用車動力總成解決方案（三合一動力總成系統(tǒng)、DC/DC、OBC），輕卡電機電控解決方案（五合一集成控制器、LS30高速電機匹配單級減速器），微面電機電控解決方案（控制器、電機）等。
配套客戶：
吉利，江淮，海馬，眾泰，宇通，長豐獵豹，車和家，東南，威馬EX5，宇通，比亞迪，銀隆，寶馬，沃爾沃，奔馳等。
6. 深圳威邁斯新能源股份有限公司
主營產(chǎn)品：
車載充電機(OBC)，車載直流變換器(DCDC)，車載集成充電系統(tǒng)(CCU)，電動汽車無線充電系統(tǒng)(WEVC)，電動汽車通信控制器(EVCC)，電動汽車PTC控制器，電機控制器，電驅(qū)三合一總成，電驅(qū)多合一總成等
配套客戶：
奇瑞，上汽，一汽，北汽，江鈴，云度，小鵬，吉利，長安，理想，上汽通用，東風(fēng)，寶沃，廣汽，鄭州日產(chǎn)，PSA，江鈴雷諾等。
7. 浙江富特科技股份有限公司
主營產(chǎn)品：
車載充電機，車載OBC，車載DC/DC，水冷一體機。
配套客戶：
長城，廣汽，蔚來，雷諾等。
8. 杭州鐵城信息科技有限公司
主營產(chǎn)品：
三合一(OBC+DC/DC+PDU)，二合一(OBC+DC/DC)，多合一，OBC車載充電機，DC/DC轉(zhuǎn)換器。
配套客戶：
上汽通用五菱（宏光MINI EV），東風(fēng)柳汽，東風(fēng)集團，江鈴新能源，吉利新能源等。
9. 合肥華耀電子工業(yè)有限公司
主營產(chǎn)品：
車載DC/DC轉(zhuǎn)換器，車載充電機，平板開關(guān)電源，導(dǎo)軌開關(guān)電源，DC/DC模塊電源，高壓電源及高壓元件等。
配套客戶：
海馬混動，江淮，金龍等。
10. 新美亞電子（深圳）有限公司
主營產(chǎn)品：
OBC車載充電機。
配套客戶：
特斯拉
11. 臺達電子企業(yè)管理（上海）有限公司
主營產(chǎn)品：
直流電源模塊，車載充電機，車載充電機與直流電源模塊集成，電機驅(qū)動器，驅(qū)動馬達等。
12. 上海科世達－華陽汽車電器有限公司
主營產(chǎn)品：
轉(zhuǎn)向柱開關(guān)/模塊，電動窗開關(guān)/模塊，大燈開關(guān)，IP儀表板開關(guān)，座椅調(diào)節(jié)，門模塊，OBC，DCDC等。
配套客戶：
上汽大眾，一汽大眾，上汽通用，賽歐，別克，日本馬自達等
13. 深圳麥格米特電氣股份有限公司
主營產(chǎn)品：
充電樁整流模塊，多合一電氣集成（冷卻系統(tǒng)、車載充電機等），車載充電機，電機控制器等。
配套客戶：
北汽新能源，吉利汽車，東風(fēng)，金龍等。
14. 深圳市得潤電子股份有限公司
主營產(chǎn)品：
安全和告警傳感器，汽車電子倒車?yán)走_，連接器，小線束，整車線束，DCDC，車載充電模塊OBC等。
配套客戶：
寶馬，奔馳，大眾集團，菲亞特集團，標(biāo)致雪鐵龍集團，電裝，泰科電子TE，特斯拉二級，上汽集團等。
15. 深圳市藍(lán)海華騰技術(shù)股份有限公司
主營產(chǎn)品：
五合一集成控制器（主驅(qū)動+汽泵+油泵+DC/DC+配電），三合一驅(qū)動電機控制器（主驅(qū)+DC/DC+配電），二合一混合動力主驅(qū)電機&ISG電機控制器，主驅(qū)動電機控制器，四合一輔助控制器（油泵+氣泵+DC/DC+配電），輔助電機控制器，三合一輔助控制器（油泵+氣泵+DC/DC）/二合一輔助控制器（油泵+DC/DC），模塊化輔助電機控制器。
配套客戶：
比亞迪，東風(fēng)汽車，徐工集團，安凱汽車，江淮汽車，法斯特，中聯(lián)重科等。
16. 石家莊通合電子科技股份有限公司
主營產(chǎn)品：
電動汽車充換電站系統(tǒng)解決方案（電動汽車充換電站系統(tǒng)，一體式充電機，分體式充電機，充換電模塊，充換電站運維平臺，充電樁），電動汽車車載產(chǎn)品（控制器）等。
配套客戶：
宇通集團，南京金龍，申沃客車，金旅客車，海格，微宏，福田汽車，中國重汽等。
17. 中港電力股份有限公司
主營產(chǎn)品：
車載充電機，DC-DC轉(zhuǎn)換器，PDU集成控制器。
配套客戶：
北汽新能源，眾泰汽車新能源，吉利汽車，電咖，知豆電動，上汽通用五菱，南汽環(huán)綠等。
18. 深圳市核達中遠(yuǎn)通電源技術(shù)股份有限公司
主營產(chǎn)品：
充電樁，燃料電池電源（燃料電池三合一變換器），車載電源（車載OBC、二合一、三合一、DCDC）等。
配套客戶：
長安汽車，中國一汽，中興新能源汽車，比亞迪，五洲龍，福田汽車，宇通客車，海馬汽車，金龍客車，中通客車等。
19. 深圳市英威騰電氣股份有限公司
主營產(chǎn)品：
動力系統(tǒng)總成（電控、電機、整車控制器、減速箱及充電等產(chǎn)品為一體的新能源汽車驅(qū)動解決方案），主電機控制器，輔助電機控制器，驅(qū)動電機，車載充電電源（DCDC轉(zhuǎn)換器、OBC車載充電機、 多合一），充電樁等。
20. 洛陽嘉盛電源科技有限公司
主營產(chǎn)品：
直流充電樁，交流充電樁，大功率充電模塊，車載充電機（OBC），直流轉(zhuǎn)換器（DC/DC）等。
配套客戶：
宇通客車，中通客車，比亞迪汽車，寧德時代，國家電網(wǎng)等。
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