ISA系统成本分析：逆变器单位成本与电压功率关系

ISA加上相应的驱动系统的成本如图4-34所示^［14］，对每种电机而言，变换器和电机的成本比例大约是10∶1，也就是说，变换器的成本占总成本的95％，而电机只占5％。SPM和SRM比其他两种成本高，这是因为其中含永磁体以及开关器件数量多。另外，由图中看到，IPM比SPM成本高，这是因为尽管IPM用永磁体少，但加工复杂。然而，SPM的变换器的成本又相对较高。

图4-34 6kWISA成本

一般而言，ISA的成本必须在500美金之下才有可能商业化，从图中可以看到，最接近这一成本限制的是IM和IPM。降低变换器成本可以降低系统成本，这在未来10年内随着器件技术的发展是可能的。

ISA的系统成本可通过多种方法进行估算。其中一种关注变换器每瓦的成本（这和UPS行业相同），按照这种方法，变换器每瓦成本应在0.1美金之下。成本也可以以每个器件的成本或者性价比为依据进行估计。但无论怎么估计成本，变换器在其中都占绝大多数。

许多研究对汽车ISG系统的成本进行了统计分析。以电力电子器件或逆变器单元为例，它包括功率电路、控制板、电源、通信、门极驱动、散热器、母排以及机箱。图4-35和图4-36给出了各部分的成本统计情况。

图4-35 在汽车中安装ISA的主要成本（电池、电缆/连接器、逆变器、电缆/连接器和电机）

图4-36 逆变器成本分解以及各部分和PNGV目标的对比

对电力电子单元的成本统计是按照以下原则进行的：

功率半导体结温小于40°。这能保证逆变器的使用寿命，同时也决定了半导体器件的尺寸。

根据要求的功率和电压等级进行仿真。(www.xing528.com)

根据电机计算器件电流。

根据计算的器件电流，确定器件损耗，根据散热限制确定元件面积，进而计算元件电流密度和成本。

根据每个功率和电压等级计算其他部分的成本。

将损耗、效率和成本进行列表。

根据下一代功率器件技术，如MOSFET和IGBT进行重新计算。

图4-37 逆变器单位成本（pu）和系统电压（V）及功率等级（kW）的关系

从图4-37可以看出，150V以下，MOSFET成本明显比IGBT低，而在功率超过10kW时，IGBT成本更低。ISG逆变器中，IGBT的边际成本是18美金/kW，MOSFET是14美金/kW，这只是边际成本，而不是绝对成本。如果不考虑生产量的因素，利用上面各部分的成本可以确定基准成本，据此可以很容易绘出成本和功率等级的关系图，如图4-37所示，其中各个部分如计算机逻辑部分、通信部分、机壳和散热部分等的成本都是固定的。表4-1给出了图4-35中完整的逆变器剩余部分的成本。从图中可以看到，电力电子和逆变器在10kW时，无论电压等级是多少，都占总成本的绝大部分。作为ISA的电机，在总成本中只占很小一部分。在此考虑的电池是成本比较低的阀控铅酸蓄电池，如果采用其他高级电池，如nickel-metalhydride（NiMH），成本比例将发生变化，这时，电池、电力电子以及其他所有部分将基本平分总成本。

表4-1 功率为10kW时不同电压下ISA系统成本分解

在采用高级电池如nickel-metalhydride（NiMH）的ISA系统中，电池的成本将和电力电子部分相当。成本问题使得ISA拥有的怠速停机或者其他混合技术左右为难。低功率等级时，其成本使得这种技术可购性差，但如果功率等级超过20kW，情况就完全不同，例如，此时燃油效率提高10％的经济性和商业价值就非常明显，如果10kW的燃油效率比现在的5％提高更多一些，也会拥有很好的竞争力。