电动汽车车载充电机与车载DC-DC转换器-王正仕

电动汽车车载充电机(OBC)与车载DC/DC转换器王正仕（[e-mail]）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：[e-mail],一、高性能电动汽车车载充电机On-Board-Charger(OBC)王正仕：[e-mail],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*每一级电路高效率一、高性能车载OBC（续）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THD4%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一、高性能车载OBC（续）一、高性能车载OBC（续）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系统应用的高效率一、高性能车载OBC（续）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低成本方案一、高性能车载OBC（续）一、高性能车载OBC（续）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，方便调试一、高性能车载OBC（续）PFC控制框图PFC控制模型V-I-PFC网侧波形Vac&Is一、高性能车载OBC（续）一、高性能车载OBC（续）一、高性能车载OBC（续）LmLC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1orrLCw=?Vo/Viws/womemessmememessmeioLjRLjRCjLjLjRLjRLjRCjLjLjRV1//1//V1.可升/可降2.增益更陡一、高性能车载OBC（续）f2f1一、高性能车载OBC（续）LLC设计要点2111/rrLCw=?1.效率优化点频率位置f22.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耐压一、高性能车载OBC（续）ZVSZCS性能：充电机效率一、高性能车载OBC（续）一、高性能车载OBC（续）二、双向充电机(Bi-OBC）技术方案王正仕：[e-mail],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%@220Vac92%@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 numbertypeMain characteristicFootprintquantity1IKW40N65F5AIGBT 40A 650VTO‐247122TC234MCU 100MTQFP14413TLE4284DVVoltage Regulator 15VTO‐25224TLE4275V50Voltage Regulator 5VTO26315AUIRS2191SHalf Bridge DriveSO‐1686AUIRB24427SDrive Two MOSsSO‐817IPW65R048CFDAIPW65R080CFDMOSFET48mohm 650V/80mohm 650VTO‐24768IDW30E65D1Diode  30A 650VTO‐24769TLE7368Power manager110TLE6250CAN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：[e-mail],：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：[e-mail],（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%Co三、车载DC/DC转换器（续）（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%Co三、车载DC/DC转换器（续）（3）LLC变换器（ZVS，ZCS）特点LLCMOS: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%三、车载DC/DC转换器（续）王正仕：[e-mail],主要指标内容功率3kW输入电压范围200-400VDC,340VNormi输出电压范围9-16VDC，13.8VNormi输出电流范围0-220ADC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200V340V400V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PFC2个LLC DC/DC串并联三相AC锂电池Vdc400V400V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