碳化硅器件在双向车载充电(OBC)中的应用

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双向车载充电(OBC)应用

 

碳化硅器件在双向OBC中的应用

 

随着新能源汽车的而高速发展，智能化、轻量化、集成化将是电动汽车发展的趋势，OBC直接决定了新能源汽车的安全性和稳定性，它的功率密度直接影响整车的质量、续航里程、充电时间等。碳化硅作为第三代半导体具有耐高温、耐高压、高频率、抗辐射等优异性能采用碳化硅功率器件可使电动汽车或混合动力汽车功率转化能耗损失降低20%，在OBC产品上使用碳化硅功率器件对于提升OBC产品效率、功率密度和质量密度上发挥着重要作用。

 

一、双向车载充电（OBC）

 

 

双向车载充电器（OBC）是安装在电动汽车上的一种充电设备，它能够实现电能在电动汽车与电网之间的双向流动。双向OBC的这一特性，使其不仅能满足电动汽车的充电需求，还能够在电网高峰期向电网输送电能，或在家庭需要时提供电能，从而增加了能源的灵活性和效率。

双向OBC通过这种方式实现电能的双向流动，既提高了能源的使用效率，也为电动汽车用户提供了更多灵活性，如能够在电网需求高峰期间卖电赚钱或在紧急情况下作为家庭电源使用。此外，它也对电网的稳定和可再生能源的集成起到了积极的作用。

 

2.双向车载充电（OBC）工作原理

 

双向车载充电器（OBC）的工作原理涉及到两个核心功能：从电网向电动车充电（AC到DC的转换），以及将电动车的电量反向输送回电网或其他系统（DC到AC的转换）。

从电网向电动车充电（AC到DC）

①接收交流电（AC）：当车辆接入交流电源，如家庭电源或公共充电站，双向OBC首先接收这个交流电。

②AC-DC转换：交流电进入OBC后，经过一个AC-DC转换器。这个转换器通常包含一个整流器，能够将交流电转换为直流电。

③电池充电：转换后的直流电随后被用来为电动车的电池充电。

将电动车的电量反向输送回电网（DC到AC）

①使用直流电（DC）：在反向模式下，OBC使用电动汽车的电池中存储的直流电。

②DC-AC转换：这些直流电被送入一个DC-AC逆变器，这个逆变器将直流电转换成交流电。

③反馈到电网或家庭用电：转换后的交流电可以被输送回电网，或者用于家庭或办公设施中的各种应用，例如在电网高峰期向电网提供电能或在家庭突发电力需求时供电。

 

二、应用拓扑图

 

 

Totem Pole PFC

（图腾极功率因数校正器）：

是一种用于电力电子的高效功率因数校正（PFC）技术。功率因数校正是一种提高电力系统效率的方法，它减少无功功率的产生，从而提高电能的利用效率。在Totem Pole PFC配置中，特别的设计使得它与传统的PFC电路相比，具有更高的效率和性能。其主要特点是高效率、低谐波失真、简化的电路设计、适用于高功率应用以及与新型半导体技术相容等。Totem Pole PFC提供了一种高效和经济的方式来提高电源设备的功率因数和整体效率，特别适用于要求高效能和节能的现代电源解决方案。

Bi-Directional DC/DC

（双向直流/直流转换器)：

是一种电力转换设备，它能够在两个直流电压电平之间实现能量的双向转换。这意味着它既可以将电能从一个直流电压电平上升或下降到另一个电平，也能反向进行相同的操作。双向DC/DC转换器的关键特点有能双向操作，能够在增压（升压）和降压模式之间进行切换。同时具有高效率，现代双向DC/DC转换器通常采用高效的开关技术。应用于电动汽车（EV）、可再生能源系统、储能系统、工业应用等双向DC/DC转换器通过提供灵活的电能管理，为能源效率和智能电网集成提供了重要的技术支持。

 

1.碳化硅二器件在双向OBC中的应用优势

 

① 提高效率

低开关损耗：碳化硅器件在高频开关时的损耗远低于传统硅器件，这意味着在转换电能时的效率更高，特别是在高频应用中。

低导通损耗：碳化硅器件的导通电阻比传统硅器件小，进一步提高了效率。

② 降低能耗和热管理要求

优异的热性能：碳化硅器件在高温下的性能损耗小于传统硅器件，从而降低了冷却系统的复杂性和成本。

减少能量损失：效率的提高直接减少了能量损失，使得充电过程中的能量转换更加高效。

③增强系统可靠性

高温稳定性：碳化硅器件在高温环境下表现出更好的稳定性，增加了系统的可靠性和寿命。

耐高电压性能：碳化硅器件能够承受更高的电压，提供了更好的安全性。

④支持高性能的系统设计

小型化设计：由于碳化硅器件允许更高频率的操作，它使得变压器和其他电磁元件能够更小型化，减少了整个系统的体积和重量。

灵活的系统集成：这些特性使得双向OBC设计更加灵活，有助于在电动车辆中更有效地集成。

高效率：由于低的开关损耗和导通损耗，提高了整体效率。

高频运行：可以在更高的频率下运行，有利于减小器件尺寸，降低成本和重量。

高温稳定性：在更高的温度下工作时，性能稳定，这意味着对冷却系统的要求更低。

长期耐用性：提高整个系统的可靠性和寿命。

 

2.碳化硅器件大幅提升电动汽车性能

 

碳化硅器件管具有较高的耐压和耐热性能，相比传统器件，在双向车载充电（OBC）中的应用能提高单向车载充电器的可靠性和寿命，更能够提高充电效率、减少能量损失、减少开关损耗、降低体积和重量、提高可靠性和寿命，从而提高电动汽车的性能和使用体验。

Jacktang

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