车载充电机内部的功率模块导入

在2021年初，其实和刘刚刘大师交流，为什么他选择去做储能领域的创业，很重要的一个原因就是车载充电机和DCDC开始往越来越简单的方向发展，简单来说，趋势就是如下面的8个：
 
◎ 系统整合 
◎功率密度和效率提升 
◎标准化，互通性
◎安全 
◎直流充电 
◎电池更高电压（400到800V） 
◎易于制造 
◎3相AC快速充电
 
而内部的MOSFET开始往模块化封装走，整个小三电功率电子部分，就变得更简单了。

▲图1.车载充电机和DCDC的发展趋势

我想就这个趋势做一些讨论，也深度的根据英飞凌的一篇介绍车载充电机的材料进行讨论。
 
Part 1、车载充电机的主要趋势
 
OBC的几个主要趋势包括：
 
●制造的简化

随着电动汽车量越来越大，现在的零部件企业更聚焦系统成本，也就是围绕创新来降本。降低 BoM 复杂性并减少装配工作，更加注重可靠性，提高装配成本。这个主要是由于部件的质量和成本约束造成的红海竞争，你得像燃油车一样打磨成本和质量，在制造领域想解决方案是必须的。
 
●向800V进发

400V仍然是关键领域，现在很多的设计都考虑兼容性的选择，400V的主要构型，升级到800V的怎么做。
 
400V变大批量，也就意味着成本压力加大。

在电池变大以后，三相设计在400V中变得更普遍（更高的功率等级）。

分体式电池概念可用于800V（2 x 400V），部分车企采用继电器把电池做成了类似可配置的。

▲图2.车载充电机主要的趋势

●功率密度

电气化动力总成的空间更小，这使得小三电具备更高的功率水平集成概念（OBC+DCDC），需要进行重量优化，从成本也需要模块化配置。
 
●车载充电机的功率水平提升

这是跟着车走，因为电池容量变大了，车辆具备更长的续航里程需求。而车主希望在家也用更短的充电时间，从世界范围来看更高的纯电动汽车采用率。

▲图3.车载充电机的主要趋势2

在之前的设计中，主要的功率组件主要包括PFC电路。

▲图4.PFC电路
 

▲图5.主要DCDC变换电路

我们参考的英飞凌的功率器件的封装选用，一个很重要的趋势，就是把这些设计固化下来做成模块。

▲图6.小三电里面的功率模块封装

Part 2、功率模块带来的差异
 
导入模块的设计，其实是一种标准化，需要量足够大，需求集中，所以带来的封装确定以后，就能有很多的好处。
 
◎小尺寸中的高功率密度 
◎减小 PCB 尺寸和 BoM 复杂性 
◎低杂散电感（模块和系统） 
◎可靠的隔离（爬电） 
◎装配灵活性 
◎汽车质量（AQG 324）和可靠性 
◎无缝可追溯性 
◎不同拓扑的平台
 
这个趋势非常明显，因为inverter已经完全走通了，OBC比inverter更标准化，所以这个方向非常确定。

▲图7.功率模块结构

和之前逆变器的设计上一样，PressFIT压接pin脚，适合自动化产线工艺，大大提高安装效率，比焊接提高可靠性上百倍。模块压接pin脚与PCB之间实现可靠连接，且保证低接触电阻；减少产线安装时间，提高生产效率，降低客户生产成本。

▲图8.功率模块优点

从零件的数量来看，是没有差异的，就是别人给你封装好了，一旦巨大的量打上去，单管的设计就没有优势了。

▲图9.功率模块的对比

从体积来看，随着模块的导入，目前GaN器件的使用都不充分。

▲图10.功率模块结构大小对比

感受一下体积的差异变化，我是觉得整个OBC的小型化被模块导入加速了。

▲图11.功率模块结构大小对比

如果考虑整体的散热，组装一系列操作来看，这个面向生产的设计，能够最大程度降低生产成本。

▲图12.功率模块结构组装对比

特别是工艺上的对比，好多环节给消灭掉了，就像Inverter里面的故事，这么下去车企买这个模块也能干小三电了。

▲图13.功率模块结构工艺对比

小结：
 
这个就是标准化的力量，随着需求放大和技术进步导入，整个环节的主导者我们能看到就是芯片厂家和最终客户决定设计，中间环节好像没啥事可以做。