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五年翻三倍!电动汽车引爆300亿元车载充电机(OBC)装机需求
2022-10-27 来源:芯八哥
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关键词: 电动汽车 车载充电机 OBC

电动化进程加速带动车载充电机(OBC)装机量快速提升


在政策大力支持及技术不断进步等因素影响下,中国新能源汽车供需两旺,电动化进程持续加速,尤其是2021年以来,新能源汽车市场持续火爆。


新能源汽车销量(万辆)


车载充电机(OBC,On-board Charger)是指固定安装在新能源汽车上的充电机,具有为新能源汽车动力电池提供安全、自动充满电的能力。充电机依据电池管理系统(BMS)提供的数据,能动态调节充电电流或电压参数,执行相应的动作,完成充电过程。使用交流充电桩充电的新能原汽车需要搭载车载充电机。


图片来源:控安汽车


在新能源汽车行业中,除极个别情况,每辆新能源乘用车均需配置一套OBC(车载充电机)。随着新能源汽车产销量的增长,OBC出货量大幅提升。2022年上半年OBC装机量为208.3万套,同比增长1.1倍。


威迈斯车载充电机(OBC)

图片来源:威迈斯官网

300亿市场规模,五年翻三倍

国内车载充电机属于定制化产品,价格与产品功率、集成度呈正相关,通常在2000~5000元/台之间。考虑到行业高功率、集成化的发展趋势,保守假设车载充电机平均价值量稳定在2500元,根据中汽协的预测数据,2022年中国新能源汽车销量为500万辆,则2022新能源汽车OBC市场规模约为125亿元,到2026年达到300亿元,市场潜力较大。


新能源汽车OBC市场规模(亿元)

数据来源:芯八哥整理

国产厂商占据主导地位,第三方供应商崛起

目前,我国新能源汽OBC行业竞争企业主要可分为两类:一类为以比亚迪、特斯拉为代表的整车制造商,此类整车厂由于从事新能源汽车业务较早,在早期缺乏第三方供应商的行业背景下,形成了垂直一体化的供应链模式。另一类为以威迈斯、英搏尔为代表的第三方供应商,具备自研OBC产品能力、有技术积累与渠道优势,专注于OBC产品的开发,可为主机厂直接供应。


2022H1 国内 OBC 市场 CR3 合计占比过半

数据来源:NE时代


NE 时代数据,2022年上半年除比亚迪(弗迪动力)、特斯拉具备自供能力外,其他整车厂均选择第三方供应商为其供应车载充电机产品。第三方供应商中,威迈斯、英搏尔、富特科技、欣锐科技排名靠前,威迈斯出货量超过 40 万套,英搏尔出货量也超过 20 万套,较 2021年上半年出货水平大幅度提升。


2022H1 弗迪动力、威迈斯 OBC 出货较多(万套)

数据来源:NE时代


从技术参数来看,输出功率6.6kW的车载充电机已成国内主流趋势,同时各企业研发出二合一、三合一集成方案,目前最优的二合一方案为6.6kW OBC +1.5kW DC/DC,三合一为6.6kW OBC+2kW DC/DC+PDU。


国内主流厂商车载充电机基本技术参数

资料来源:控安汽车

车载充电机(OBC)带来半导体元器件市场机会

OBC 的电路结构由功率因数校正器 Power Factor Correction(PFC)和直流-直流转换器(DC-DC)两大部分组成。交流电先通过 PFC,利用整流器和功率校正进行处理,转化为直流电,同时最大程度提高实际输电效率,减小热负载。通过 PFC处理后的电流经过 DC-DC 进行输出电压和电池的充电电流的调整,最终实现在车端的交-直充电。


OBC 的结构示意图

资料来源:意法半导体,罗姆


二极管和 IGBT、 MOSFET 等功率半导体是 OBC 实现直-交变换的关键器件。 在 OBC中, 根据交流电源输入、输出功率、能效和成本目标等要求,电路设计各不相同。以英飞凌的方案为例,PFC 电能转换部分包括作为开关的 IGBT 或 MOSFET(2个)及肖特基二极管 SBD(6个)。当需要实现双向充电功能时,IGBT 增加一组,共四个以实现双向变换,整流部分的二极管换为 MOSFET(2个)。在 DC-DC 部分,需将来自 PFC 的高压直流转换为适当的电压用于充电,包括 MOSFET(4个)及 SBD(4个)。上述硅基器件均可根据应用需求替换为碳化硅器件。


OBC 的电路实现

资料来源: 英飞凌


OBC 输出功率提升,碳化硅 MOSFET 优势明显。 目前, 在功率不超过 6.6kW 的单向OBC 系统中,650V 硅基产品占主导地位,碳化硅 MOSFET 性能优势不明显且价格比同规格硅基产品高 3-5 倍。然而,随着对充电时间缩短和动力电池电压提升,OBC逐步向三相输入(11kW、22kW)演进,此时 SiC MOSFET 与硅基超结 MOSFET 相比,在所有负载条件下平均总损耗是硅基方案的三分之一,且转换效率更高,性能优势明显。


车载充电机(OBC)带来的元器件机会

资料来源:芯八哥整理

车载充电机(OBC)未来发展趋势

目前市场主流车型搭载的车载充电机输出功率由3.3kW向6.6kW升级。


市场主流车载充电机功率及适配车型

资料来源:控安汽车


车载充电机未来向着功率等级提升、尺寸小型化、双向转换和集成化的方向发展。


1、功率等级提升。由6.6kW提升至11kW,甚至到22kW,11kW采用一体化设计,目前市场上多以3个3.3kW OBC模块并联。


2、尺寸更小型化,功率密度更高。提高开关频率,未来将引入宽禁带半导体SiC(碳化硅)作为开关器件。


3、双向车载充电功能。双向变换功率6.6kW以上,转换效率96%以上。


4、功能集成化,液冷将成主流热管理方式。OBC和DC-DC二合一的集成化,产品整体功率性能上升,产热更加显著,液冷将取代风冷成为更主流的热管理方式。



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