电动汽车功率变换器及应用

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。电动汽车电气系统中的功率变换器主要是DC/DC变换器，有降压、升压、双向三种形式，是实现电气系统电能变换和传输的重要电气设备。DC/DC是指将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，也称为直流斩波器。这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动汽车的无级变速和控制，同时使上述控制具有加速平稳、快速响应的性能。用直流斩波器代替变阻器可节约电能20%～30%。直流斩波器不仅能起调压的作用（开关电源），同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。DC/DC变换是将原直流电通过调整其占空比（PWM）来控制输出的有效电压的大小。DC/DC变换器又可以分为硬开关和软开关两种。DC/AC称为反用换流器，也称逆变器、变流器、反流器，或称电压转换器，是一个可将直流电变换成交流电的电路。这种技术被广泛应用于不间断电源、电动车辆及轨道交通系统、变频器等。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。

在各种电动汽车中，功率变换器主要实现下列功能：

①不同电源之间的特性匹配。例如，可利用DC/DC变换器实现燃料电池和动力电池之间的特性匹配。

②驱动辅助系统中的直流电动机。在小功率（一般小于5kW）直流电动机驱动的转向、制动等辅助系统中，一般直接采用DC/DC变换器供电。

③给低压辅助蓄电池充电。在电动汽车中，需要高压电源通过降压变换器给辅助电池充电。

一般来说，电动汽车电源系统输出的是直流能量，而电机驱动系统输入的也是直流能量。因而，电源系统和驱动系统的功率变换问题，实际上就是一个直流功率的变换问题，即DC/DC的变换问题。

一般电动汽车动力电源系统的输出特性偏软，难以直接与电机驱动器匹配。在电源系统加负载的起始阶段，输出电压下降较快，但随着负载的增加，电流增大，电压下降，下降的斜率会出现一个特定的曲线，这种特性使电源系统的输出功率波动，进而导致车辆整体效能的下降。

在电池系统与汽车驱动系统之间加入DC/DC变换器，使电池系统和DC/DC变换器共同组成电源系统对驱动系统供电，从而增强驱动系统的稳定性。因此，合理的DC/DC变换器的设计对电动汽车电源系统也具有重要的意义。(www.xing528.com)

一般电动汽车功率变换器要求具有如下特点：

①变换功率大。由于电动汽车电机系统在起动、爬坡、加速时要求的功率较大，为保证车辆的动力性能，功率转换器一般功率较大，采用大电流电力电子器件，进行双路或多路设计。

②输出响应快捷。电动汽车在行驶过程中对驱动系统的动力响应提出了很高的要求。其实也是对功率变换器提出了很高的要求。功率变换器的输出响应必须跟上车辆路况等因素对驱动电机输出功率变化的要求，否则会影响整车性能。

③工作稳定，抗电磁干扰。电动汽车行驶的安全性，要求功率变换器要具有很强的稳定性，特别是在电动汽车这个相对比较恶劣的电磁环境下，抗电磁干扰性能尤其重要。

④控制方便、准确。从整体上看，电动汽车的功率变换器不仅仅是一个功率变换的过程，实际上也是一个动力系统能量输出的控制过程。因此要使其功率变换器有好的可控制性，在设计功率变换器的时候，明确其控制策略是很重要的环节。

⑤具有能量回馈功能。电动汽车能量回收系统是电动汽车有限能量高效率使用的一个重要措施。作为连接动力系统和电源系统的桥梁，功率变换器还必须具有能量回馈功能，以满足能量回收的需要。因此，电动汽车的功率变换器一般为双向设计。