功率变换器在新能源汽车驱动系统中的应用

来源：材料深一度

电机驱动系统是电动汽车领域的核心，能够高效的将蓄电池的电能转换成汽车的动能。功率变换器作为新能源汽车电机驱动系统的重要组成部分，在能源转换的过程中有着举足轻重的地位。电机驱动系统中功率变换器可分为直流/直流(DC/DC)变换和直流/交流(DC/AC)变换两类。

一、DC-DC变换器

DC-DC变换器在驱动系统中主要起到升压作用，由于电压源型电机驱动系统结构中降压特性、寿命短、可靠性低等缺陷与不足，目前市场上常见的解决方法是在驱动系统中增加一个DC-DC升压变换器(BOOST DC/DC)，使得三相电压源型电机驱动系统的主电路拓扑改进为DC-DC 级联电压源型 PWM 逆变器（VSI）的结构拓扑结构。

电动汽车电气系统中的DC-DC 变换器将频繁波动的电池电压变换成一个稳定的电压为电机驱动系统提供电能，从而增强驱动系统的稳定性。目前电动汽车驱动系统大多采用 DC-DC 级联 VSI 的多级功率拓扑，这种结构优化了电机控制性能，减小了电池尺寸，避免了浪涌电压的不利情况。

• BOOST DC/DC变换器主要特点：

（1）需要能够控制功率流的双向流动，以确保动力电池的充放电功能；

（2）功率大小需要匹配电机驱动系统的功率需求，一般与电机驱动系统集成设计，共用其冷却方式；

（3）采用非隔离设计拓扑方式，一般采用普通的BUCK-BOOST拓扑方式，设计简单；

（4）电路拓扑简单，但在整车设计开发中需要配合动力电池和电机系统一起来控制、配合整车方面的较为复杂。

二、DC-AC逆变器

逆变器通常分为电压输入式和电流输入式。在电动汽车驱动控制器中，逆变器是实现能量交直流转化的关键部件，用于电机的驱动或制动时的能量回收。电控系统最主要的损耗来源于逆变器部分。

由于需要大量的电感元件来模拟电流源，所以电流供给式逆变器很少用于电动汽车驱动。由于电压输入式逆变器简单且能进行双向能量转换，目前市场上，电动汽车上几乎只使用这种逆变器，

电动汽车中的交流驱动电机的DC/AC一般集成于电机控制器中。电机控制器国产化率较高，国内新能源汽车大多采用国产电机控制器，少数企业选取伊诺华、伊顿等国外品牌。国产电控供应商主要以比亚迪、北汽新能源、联合汽车、上海电驱动、安徽巨一等企业为主。然而，我国逆变器供给主要依赖进口，“02 专项”提出，2020 年逆变器性能和可靠性达到国际先进水平。

同时，驱动系统小型化、轻量化成为未来电动汽车发展的趋势和路径，不少企业开始生产电机、减速箱、逆变器三位一体的驱动系统，以系统集成方式销售给主机厂，如博世，GKN Driveline，三菱电机和舍弗勒等。

图表1 主机厂与对应的逆变器供应商

数据来源：公开资料

三、逆变器供应商上半年主要事件

（1）博世集团开发新的系统集成

博世举行了以“电动技术发展战略“为主题的新闻发布会透露，博世正在开发能效更高的下一代电机、逆变器、汽车热管理系统，采用博世的系统，同等电量的情况下，车辆具有更长的续航里程。

（2）富奥股份拟与法雷奥西门子建立合资公司

富奥股份发布公告称，富奥股份将与法雷奥西门子在中国常熟建立合资公司，富奥股份将持有合资公司50.5%的股权。合资公司将生产使用法雷奥西门子拥有专有技术和知识产权的新能源车（动力总成）逆变器。

（3）德尔福科技首推创新组合逆变器和直流/直流转换器

德尔福科技在中国市场推出首款组合式逆变器和直流/直流转换器，让新能源汽车更上一个新台阶。该创新产品由德尔福科技投资8,000万美元、占地17,000多平方米的苏州工厂研发制造。这款产品的推出巩固了该公司寻求的技术发展，满足中国新能源市场的各种本地需求。

（4）麦格纳推出了etelligentDriveTM智能电驱动系统。

2018 CES展会上，麦格纳通过一辆名为“e1”的概念车来展示不同的电驱动（e-drive）概念和技术。车内每台电驱动系统都使用了140千瓦的电机，合计输出420千瓦的峰值功率。电机由一台单速减速器和一台逆变器组成，集成封装非常紧凑。