电动汽车上的逆变器详解

科技   2025-01-06 08:03   广东  
逆变器是将电池供给的直流电(DC)转换为交流电(AC)的装置。电动汽车的马达通过该交流电来驱动车轮。为了提高整辆电动汽车的能源效率,必须将逆变器的能量损耗降到最低。

什么是逆变器?

逆变器的概要

电动汽车上的逆变器是将电池提供的直流电(DC)转换为交流电(AC)的装置。这是因为安装在电动汽车上的牵引马达大多是通过交流电来驱动之故。根据马达的输出功率(30kW~400kW等)来设定逆变器的输出功率。

通常,安装在汽车上的逆变器数量为1~2个左右。但是,在轮毂电机式(每个轮胎都由一个马达来驱动的方式)的情况下,每个马达都需要一个逆变器。

关于马达的种类

马达主要分为两种,即刷盘马达和无刷马达。刷盘马达面向小型设备,由于是用直流电压来驱动,所以控制起来比较简单。无刷马达重视能源效率,适合于需要细微的转速(速度)调整的情形,在面向行车用的牵引马达等上使用,由于它们用交流电驱动,所以将直流电转换为交流电的逆变器是必不可少的。

表1 刷盘马达和无刷马达的特点

关于市场和设备的趋势

随着电动汽车车辆数量的增加,安装的逆变器也会随之增加。此外,随着行车性能提高的趋势,马达在不断向高输出化发展,因此逆变器也需要高输出化(高功率)。作为构成逆变器的电子零部件今后要求其具备的功能/性能,可以列举“高功率化”、“高耐热化”、“小型化/轻量化”。各自的要件如下所示。

- 高功率化

为了支持马达的高输出化,逆变器也需要高输出化(高功率)。高功率化意味着高电压化(从现在的400V到今后的800V等)和大电流化,因而要求构成逆变器的半导体等也支持高功率化。

- 高耐热化

随着电子零部件小型化的日益进展,单位面积所受的热也在增加。通过使之具有对热的耐受性,可以防止因零部件本身发出的热和从周围零部件接受的热而导致的老化。

- 小型化/轻量化

高功率化等因素导致设备变得更大和更重,将会影响续航距离,因此必须在支持高功率化的同时,进行小型化/轻量化。

关于逆变器的电路构成

总体构成

逆变器由下述电路构成。

- 噪声滤波器:抑制来自外部或者来自该电路的噪声
- 电压测量:为控制转换电路而进行电压测量
- 电压转换电路:通过藉由FET等的开关操作来转换电压
- 电流测量:为控制转换电路而进行电流测量
- 控制电路:控制转换电路等
- DC/DC转换器:向控制电路供给电源
- 通信IF:与外部的通信电路

图1 逆变器的总体构成

逆变器的作用是将电池供给的直流电转换为交流电。今后,随着电动汽车生产数量的增加,预计逆变器的安装数量也会增加。人们对逆变器提出了高输出化的要求,此外还必须追求小型化。构成逆变器的电子零部件也必须支持“高功率化”、“高耐热化”、“小型化/轻量化”。

来源:松下电机官网

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