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一文了解电动汽车DC/DC变换器、车载充电机、高压配电盒
发布时间:2019-06-12
 

导读: 有人将“电动空调、电动刹车、电动转向”称为小三电,也有人将“DC/DC变换器、车载充电机、高压配电盒”称为小三电。

以电为核心,电动汽车的核心部件可总结为大三电、小三电。大三电即电机、电控、电池,小三电则有不同的说法。有人将“电动空调、电动刹车、电动转向”称为小三电,也有人将“DC/DC变换器、车载充电机、高压配电盒”称为小三电。本文主要介绍DC/DC变换器、车载充电机、高压配电盒,供参考。

一、DC/DC变换器

DC/DC变换器(DC/DC convertor)是将某一直流电源电压转换成任意直流电压的变换器。作为电动汽车动力系统中很重要的一部分,它的一类重要功能是为动力转向系统、空调以及其他辅助设备提供所需的电力;另一类功能,是出现在复合电源系统中,与超级电容串联,起到调节电源输出,稳定母线电压的作用。

图:给车载电气供电的DC/DC在电动汽车电气系统中的位置

给车载电气供电的DC/DC在选型时,并不是直接将全部电气功率加在一起,来计算需求,而是把用电设备分为长期用电、连续用电、短时间间歇用电和附加用电设备等类型,并赋予不同的权值。下表列出各类设备所消耗功率,供参考。

    目前,厂家生产的电动汽车DC/DC变换器功率有1kW、1.2kW、1.5kW、2kW、2.5kW、3kW、5kW等。生产DC/DC变换器的国外企业有TDK、博世、大陆、德尔福、联合电子、艾默生等,国内企业有欣锐科技、力工新能源、洛阳嘉盛、南京中港电力、富特科技、合肥华耀电子、康灿新能源、英威腾、通合电子、核达中远通、深圳威迈斯、金霆正通等。

图为力工新能源DC/DC变换器产品

二、车载充电机

车载充电机(on-board charger;OBC)是固定安装在电动汽车上的控制和调整蓄电池充电的电能转换装置。车载充电机具有为电动汽车动力电池安全、自动充满电的能力,其依据电池管理系统(BMS)提供的数据,动态调节充电电流或电压参数,执行相应的动作,完成充电过程。

车载充电机由两大部分组成:电源部分和充电机控制主板。其中,电源部分主要作用是将220V交流电转化为直流电;充电机控制主板主要是对电源部分进行控制、监测、计算、修正、保护以及与外界网络通信等功能,是车载充电机的“中枢大脑”。

目前,国内车载充电机功率主要有3.3kW、6.6kW,其他还有2kW、10kW、20kW、40kW等。生产车载充电机的国外企业主要有科世达、博世、艾默生、法雷奥、英飞凌等企业,国内企业有欣锐科技、力工新能源、洛阳嘉盛、南京中港电力、富特科技、英威腾、通合电子、得润电子、深圳威迈斯、金霆正通等。

图为力工新能源3.3kW车载充电机(左)和6.6kW车载充电机(右)

三、高压配电盒

高压配电盒(Power Distribution Unit;PDU)是新能源车高压系统解决方案中的高压电源分配单元。纯电动汽车高压配电盒里面有铜排、断路器、空开、接触器、软启、变频器、变压器、高压继电器、熔断器、浪涌保护器、互感器、电流表、电压表、转换开关等。在电动汽车上,与高压配电盒相连接的高压部件包括:动力电池、电机控制器、变频器、逆变电源、电动空调、电动除霜、充电座等。

常见的高压配电盒设计方式有配电盒为一独立零部件或高压配电盒与其他零部件集成在一个盒体内。国内生产高压配电箱的企业有上海埃而生电气、上海追日电气等。

一、DC/DC变换器作用

DC/DC变换器(DC/DC convertor)是将某一直流电源电压转换成任意直流电压的变换器。作为电动汽车动力系统中很重要的一部分,它的一类重要功能是为动力转向系统、空调以及其他辅助设备提供所需的电力;另一类功能,是出现在复合电源系统中,与超级电容串联,起到调节电源输出,稳定母线电压的作用。

纯电动汽车中DC-DC转换器应用场景


混合动力汽车中DC-DC转换器应用场景


二、DC/DC变换器位置

图:给车载电气供电的DC/DC在电动汽车电气系统中的位置

安装位置:前舱左侧



内部结构介绍:


三、各个电器设备功率能耗

给车载电气供电的DC/DC在选型时,并不是直接将全部电气功率加在一起,来计算需求,而是把用电设备分为长期用电、连续用电、短时间间歇用电和附加用电设备等类型,并赋予不同的权值。下表列出各类设备所消耗功率,供参考。


DC/ DC变换器的分类

 根据不同的分类方法,DC/DC变换器被分为不同的种类,常见的分类方法有如下4种。

(1)根据DC/DC变换器的拓扑结构分为正激型、反激型、升压型、降压型、升/降压型、反相型、推挽式正激型、半桥式正激型、全桥式正激型。

(2)根据开关控制方式分为脉宽调制式PWM(PulseWidth Modulation)、脉冲频率调制式PFM(PulseFrequency Modulation)及脉宽一频率混合调制式“硬开关电路”、电压或零电流“软开关”PWM电路和各种谐振式、准谐振式变换器等。

(3)根据负极与车身绝缘与否,DC/DC变换器分为非绝缘型和绝缘型两类,非绝缘型的特点是负极与车身相连;绝缘型的特点是负极与车身绝缘。

(4)根据功率变换器的特点可分为电压源变换器、电流源变换器和Z源变换器3类。电压源变换器和电流源变换器是传统的DC/DC, Z源变换器是一种新型变换器,它引进了一个阻抗变换,将主变换器电路与电源或负载祸合,其电源既可以为电压源也可以为电流源。Z源变换器的直流电源可以是任意的,如电池、二极管整流器、晶闸管变流器、燃料电池堆、电感、电容器或它们的组合。



五、DC/ DC变换器的类型

DC/DC变换器在电动汽车(包括混合动力)中主要有以下三种应用类型:

1)高压升压器

这种高压升压器,是一种选择性的架构,主要是某些整车企业,为了提高动力系统的效率,选择用一个Boost的升压器来提高逆变器输入的总线电压。因此,这个部件集成在逆变器里面,作为动力总成的一部分。此类器件,由于在特定的部件条件下,通过系统设计优化出来的一个附带产物,并不是每个整车企业都需要选择,特别是随着锂电化带来的系统电压等级的升高,这个器件对于普通的零配件企业而言不是很好的机会。

2)高低压转换器(辅助功率模块)

此模块的主要作用是取代传统的12V发电机。强混以上的系统之中,发动机输出的动力直接驱动高压继电器对高压电池系统进行补电,传统的12V用电负荷,则完全依靠这个DC/DC变压器供给,因此传统的用电负荷补给也就落实到了这里。此类器件,几乎所有的新能源汽车都会应用,功率范围从1KW2.2KW,也是未来48V系统的一个核心元件,将对此器件进行展开。

312V电压稳定器

12V电压稳定器,主要是用在部分Start-Stop系统(如果有可能,后续对Start-Stop将要做个分类,目前在欧洲SS系统已经应用非常广泛了。在启动过程中,如果采用某种架构用来防止电压波动对一些敏感器件产生影响。这里的敏感负载,主要包括用户可见的用电负载,如内饰灯和收音机等。电压稳压器的功率等级,随着敏感用电器的负荷而定,一般为200400W;总体而言,此类器件功率等级较小,成本要求较为苛刻,欧洲的零部件厂家切入较早,这类器件的技术已经非常成熟。



六、DC/DC变换器类型与品牌

  目前,厂家生产的电动汽车DC/DC变换器功率有1kW、1.2kW、1.5kW、2kW、2.5kW、3kW、5kW等。生产DC/DC变换器的国外企业有TDK、博世、大陆、德尔福、联合电子、艾默生等,国内企业有欣锐科技、力工新能源、洛阳嘉盛、南京中港电力、富特科技、合肥华耀电子、康灿新能源、英威腾、通合电子、核达中远通、深圳威迈斯、金霆正通等。

图为力工新能源DC/DC变换器产品



部分DC-DC转换器(车载充电机)企业及配套情况

企业名称

配套客户

TDK

本田

博世

奥迪、大众、上汽、北汽等

艾默生

通用、福特、上汽、一汽

法雷奥

大众、通用、上汽、东风、一汽、比亚迪、长安

德尔福

通用、一汽、大众、上汽、日产、奇瑞

英飞凌

宝马、奥迪

深圳欣锐

北汽、广汽、东风、江淮、宇通等

铁城信息

金龙、众泰、江淮、陕汽通家等

得润电子

标致雪铁龙、宝马、东风等

南京中港电力

上汽通用五菱、吉利、众泰、力帆、新大洋、陆地方舟等

杭州富特

东风、北汽、上汽、众泰、吉利、金龙等

通合科技

福田、宇通、南京金龙、厦门金旅、万向电动汽车等



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