四、功率变换器

功率变换器可分为斩波器(DC/DC)、逆变器(DC/AC)和整流器(AC/DC)几类。斩波器是将电流作直流—直流变换,逆变器是将电流作直流—交流变换,整流器是将电流作交流⁃直流变换。图1⁃39所示为上述3种功率变换器在电动汽车上的应用实例。

图1⁃39　功率变换器在电动汽车上的应用实例

一般纯电动汽车动力电源系统的输出特性偏软,难以直接与电动机驱动器匹配。在电源系统加负载的起始阶段,输出电压下降较快,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下降。

在电池系统与汽车驱动系统之间加入功率变换器,使电池系统和功率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,采用的功率变换器对纯电动汽车电源系统也具有重要的意义。

1. DC/DC功率变换器(直流斩波器)

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。DC/DC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。

在纯电动汽车中,DC/DC主要应用在以下几个方面。

① 在直流电机的功率小于5kW的纯电动车辆(如公园的游览车、机场的行旅车等)中,动力电池组直接通过DC/DC为直流电动机提供直流电。

② 在纯电动汽车及能量混合型电力系统中,用升压型DC/DC;在功率混合型电力系统中,采用双向升降压型DC/DC或全桥型DC/DC。电动汽车在滑行或下坡制动时,车辆的惯性能量经过转换后产生的电能,向储能电源充电时,也采用双向升降压型DC/DC。

③ 用电动汽车上的高压直流电源辅助电池(低压电源)充电时,采用隔离式降压型DC/DC。

2. DC/AC功率变换器(逆变器)

DC/AC功率变换器又称为逆变器,它的基本功能是将直流电源(车载蓄电池电源或燃料电池电源)变换为交流电动机的驱动交流电源。DC/AC分有源逆变器和无源逆变器,以及多种不同组合的高性能DC/AC等多种类型。

有些纯电动汽车运用了交流电机作为驱动电机,部分辅助设备也采用了交流电机,包括空气压缩机、空调系统的压缩机、转向助力器等,它们的电源来自动力电池组或燃料电池组。需要用小型的DC/AC将直流电源的电能转换为交流电后,来带动辅助设备的电动机运转。DC/AC将动力电池组或燃料电池组的电能转化为三相交流电,并检测辅助装备的运转参数的变化,控制三相感应电动机的启动、运行和停止。

纯电动汽车中,交流驱动电机的DC/AC一般集成于电机控制器中。

3. AC/DC功率变换器(整流器)

AC/DC功率变换器又称为整流器。它的基本功能是将交流电源(包括电网电源和车载交流发电机发电电源)变换为直流电源(包括储能式电源的直流充电电源)。AC/DC应用于纯电动汽车各种充电设备上,以及有交流电源变换为直流电源需求的电路及电气设备上。应用在电动汽车上的AC/DC基本形式有三相桥式、三相电压源PWM式和三相电流源PWM式等。