功率變換器作為新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分,在能源轉(zhuǎn)換的過程中有著舉足輕重的地位。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車領(lǐng)域的核心,能夠高效的將蓄電池的電能轉(zhuǎn)換成汽車的動(dòng)能。功率變換器作為新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分,在能源轉(zhuǎn)換的過程中有著舉足輕重的地位。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中功率變換器可分為直流/直流(DC/DC)變換和直流/交流(DC/AC)變換兩類。
一、DC-DC變換器
DC-DC變換器在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中主要起到升壓作用,由于電壓源型電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中降壓特性、壽命短、可靠性低等缺陷與不足,目前市場(chǎng)上常見的解決方法是在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中增加一個(gè)DC-DC升壓變換器(BOOST DC/DC),使得三相電壓源型電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主電路拓?fù)涓倪M(jìn)為DC-DC 級(jí)聯(lián)電壓源型 PWM 逆變器(VSI)的結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)中的DC-DC 變換器將頻繁波動(dòng)的電池電壓變換成一個(gè)穩(wěn)定的電壓為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供電能,從而增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。目前電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大多采用 DC-DC 級(jí)聯(lián) VSI 的多級(jí)功率拓?fù)?,這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化了電機(jī)控制性能,減小了電池尺寸,避免了浪涌電壓的不利情況。
BOOST DC/DC變換器主要特點(diǎn):
(1)需要能夠控制功率流的雙向流動(dòng),以確保動(dòng)力電池的充放電功能;
(2)功率大小需要匹配電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率需求,一般與電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì),共用其冷卻方式;
(3)采用非隔離設(shè)計(jì)拓?fù)浞绞剑话悴捎闷胀ǖ腂UCK-BOOST拓?fù)浞绞剑O(shè)計(jì)簡(jiǎn)單;
(4)電路拓?fù)浜?jiǎn)單,但在整車設(shè)計(jì)開發(fā)中需要配合動(dòng)力電池和電機(jī)系統(tǒng)一起來控制、配合整車方面的較為復(fù)雜。
二、DC-AC逆變器
逆變器通常分為電壓輸入式和電流輸入式。在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)控制器中,逆變器是實(shí)現(xiàn)能量交直流轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵部件,用于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)時(shí)的能量回收。電控系統(tǒng)最主要的損耗來源于逆變器部分。
由于需要大量的電感元件來模擬電流源,所以電流供給式逆變器很少用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)。由于電壓輸入式逆變器簡(jiǎn)單且能進(jìn)行雙向能量轉(zhuǎn)換,目前市場(chǎng)上,電動(dòng)汽車上幾乎只使用這種逆變器,
電動(dòng)汽車中的交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的DC/AC一般集成于電機(jī)控制器中。電機(jī)控制器國產(chǎn)化率較高,國內(nèi)新能源汽車大多采用國產(chǎn)電機(jī)控制器,少數(shù)企業(yè)選取伊諾華、伊頓等國外品牌。國產(chǎn)電控供應(yīng)商主要以比亞迪、北汽新能源、聯(lián)合汽車、上海電驅(qū)動(dòng)、安徽巨一等企業(yè)為主。然而,我國逆變器供給主要依賴進(jìn)口,“02 專項(xiàng)”提出,2020 年逆變器性能和可靠性達(dá)到國際先進(jìn)水平。
同時(shí),驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)小型化、輕量化成為未來電動(dòng)汽車發(fā)展的趨勢(shì)和路徑,不少企業(yè)開始生產(chǎn)電機(jī)、減速箱、逆變器三位一體的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),以系統(tǒng)集成方式銷售給主機(jī)廠,如博世,GKN Driveline,三菱電機(jī)和舍弗勒等。
圖表1 主機(jī)廠與對(duì)應(yīng)的逆變器供應(yīng)商
數(shù)據(jù)來源:公開資料
三、逆變器供應(yīng)商上半年主要事件
(1)博世集團(tuán)開發(fā)新的系統(tǒng)集成
博世舉行了以“電動(dòng)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略“為主題的新聞發(fā)布會(huì)透露,博世正在開發(fā)能效更高的下一代電機(jī)、逆變器、汽車熱管理系統(tǒng),采用博世的系統(tǒng),同等電量的情況下,車輛具有更長(zhǎng)的續(xù)航里程。
(2)富奧股份擬與法雷奧西門子建立合資公司
富奧股份發(fā)布公告稱,富奧股份將與法雷奧西門子在中國常熟建立合資公司,富奧股份將持有合資公司50.5%的股權(quán)。合資公司將生產(chǎn)使用法雷奧西門子擁有專有技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新能源車(動(dòng)力總成)逆變器。
(3)德爾??萍际淄苿?chuàng)新組合逆變器和直流/直流轉(zhuǎn)換器
德爾??萍荚谥袊袌?chǎng)推出首款組合式逆變器和直流/直流轉(zhuǎn)換器,讓新能源汽車更上一個(gè)新臺(tái)階。該創(chuàng)新產(chǎn)品由德爾??萍纪顿Y8,000萬美元、占地17,000多平方米的蘇州工廠研發(fā)制造。這款產(chǎn)品的推出鞏固了該公司尋求的技術(shù)發(fā)展,滿足中國新能源市場(chǎng)的各種本地需求。
(4)麥格納推出了etelligentDriveTM智能電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
2018 CES展會(huì)上,麥格納通過一輛名為“e1”的概念車來展示不同的電驅(qū)動(dòng)(e-drive)概念和技術(shù)。車內(nèi)每臺(tái)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都使用了140千瓦的電機(jī),合計(jì)輸出420千瓦的峰值功率。電機(jī)由一臺(tái)單速減速器和一臺(tái)逆變器組成,集成封裝非常緊湊。
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原文標(biāo)題:功率變換器在新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用
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