廣告
電動(dòng)車逆變器的基礎(chǔ)知識(shí)
2021-11-10 13:17:05· 來源：Astroys
一般來說，電動(dòng)車使用三相電機(jī)，這需要復(fù)雜的電壓波形進(jìn)行電力推進(jìn)。電池提供固定電壓的直流電。因此，逆變器通過在加速時(shí)將直流轉(zhuǎn)換為交流電，并在制動(dòng)（再生）
一般來說，電動(dòng)車使用三相電機(jī)，這需要復(fù)雜的電壓波形進(jìn)行電力推進(jìn)。電池提供固定電壓的直流電。因此，逆變器通過在加速時(shí)將直流轉(zhuǎn)換為交流電，并在制動(dòng)（再生）時(shí)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，從而生成適合電機(jī)控制速度、驅(qū)動(dòng)扭矩和功率的電壓。
逆變器通常包含以下子組件：
IGBT電功率器件：作為響應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的開關(guān)設(shè)備來操作功率模塊。IGBT在高電流和高速條件下運(yùn)行，以滿足車輛的高性能要求。目前，在高電壓架構(gòu)的車型中，有逐漸從IGBT切換到SiC的趨勢。
高壓直流線路電容器：用于過濾波形，通過減少電機(jī)紋波電流來提高其質(zhì)量。
主電路母線：母線是導(dǎo)電線路，更輕松、更靈活地在組件之間分配電力。
功率模塊驅(qū)動(dòng)電路板：由IGBT的輸入操作，以相應(yīng)地改變功率。
電機(jī)控制電路板：執(zhí)行電機(jī)對各種車輛操作（如停止啟動(dòng)和加速/減速）所需的矢量控制操作。
直流和大電流交流連接器：用作逆變器前后連接的組件的入口和出口。
散熱片：在逆變器運(yùn)行期間，通過散熱來降低更高的溫度，以改善高性能的條件。使用雙液冷卻等更好的技術(shù)，散熱片的冷卻性能不斷提高。
這些逆變器的性能要求是：體積?。ㄖ匾氖且_保系統(tǒng)可以安裝在車輛上）；提高能效，擴(kuò)大電動(dòng)車的續(xù)航里程；高輸出，提供合適的加速性能；在車輛內(nèi)的惡劣環(huán)境中工作的可靠性。
逆變器架構(gòu)主要有兩種類型。第一種是單獨(dú)包裝的盒式逆變器。它通常被許多OEM和Tier1使用。它們具有易于組裝和模塊化的優(yōu)點(diǎn)。第二種是集成逆變器設(shè)計(jì)，這是傳動(dòng)系統(tǒng)的一部分。電機(jī)、變速器和逆變器被封裝到同一個(gè)外殼中（比如Tesla）。
決定逆變器性能的關(guān)鍵因素之一是用于開關(guān)技術(shù)的半導(dǎo)體類型。目前，四種不同類型的半導(dǎo)體開關(guān)技術(shù)正用于電動(dòng)車的逆變器。包括硅基的設(shè)備，如MOSFET和IGBT，以及基于寬帶間隙材料（SiC或GaN）的開關(guān)器件。
電動(dòng)車目前主要使用硅基逆變器，但隨著電動(dòng)化水平的提高，轉(zhuǎn)向基于SiC晶體管的逆變器，主要用于650V以上的系統(tǒng)。這是因?yàn)榕c基于SiC和GaN的WBG設(shè)備相比，Si MOSFET和IGBT的效率和性能較低。SiC提供更高的電場擊穿能力、更好的導(dǎo)熱性、更高的溫度操作能力和更高的開關(guān)頻率，這是由于較寬的電子帶隙，從而比硅基半導(dǎo)體器件的損耗更低。SiC材料還可以最大限度地減少開關(guān)損耗。
GaN具有相似的性質(zhì)，但其帶隙（3.4電子伏特）高于SiC（3電子伏特）。GaN的固有特性具有更快的開關(guān)能力，進(jìn)一步提高了逆變器的性能。在某些電壓架構(gòu)下，GaN的效率甚至高于SiC。
GaN在車輛逆變器中仍然是相對較新的技術(shù)。然而，它具有使用硅襯底的優(yōu)勢，因此成本要低得多。這些半導(dǎo)體的功率密度較高，使逆變器更小、更輕。
盡管如此，SiC和GaN與基于Si的逆變器之間的制造成本差異仍然是這些新技術(shù)普及的障礙。更高的成本并不能證明SiC在低壓系統(tǒng)中提供的優(yōu)勢是合理的。SiC需要復(fù)雜的制造流程，他們還需要定制的封裝和柵極驅(qū)動(dòng)，以優(yōu)化效率，進(jìn)一步增加了成本。
逆變器通常包含以下子組件：
IGBT電功率器件：作為響應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的開關(guān)設(shè)備來操作功率模塊。IGBT在高電流和高速條件下運(yùn)行，以滿足車輛的高性能要求。目前，在高電壓架構(gòu)的車型中，有逐漸從IGBT切換到SiC的趨勢。
高壓直流線路電容器：用于過濾波形，通過減少電機(jī)紋波電流來提高其質(zhì)量。
主電路母線：母線是導(dǎo)電線路，更輕松、更靈活地在組件之間分配電力。
功率模塊驅(qū)動(dòng)電路板：由IGBT的輸入操作，以相應(yīng)地改變功率。
電機(jī)控制電路板：執(zhí)行電機(jī)對各種車輛操作（如停止啟動(dòng)和加速/減速）所需的矢量控制操作。
直流和大電流交流連接器：用作逆變器前后連接的組件的入口和出口。
散熱片：在逆變器運(yùn)行期間，通過散熱來降低更高的溫度，以改善高性能的條件。使用雙液冷卻等更好的技術(shù)，散熱片的冷卻性能不斷提高。
這些逆變器的性能要求是：體積?。ㄖ匾氖且_保系統(tǒng)可以安裝在車輛上）；提高能效，擴(kuò)大電動(dòng)車的續(xù)航里程；高輸出，提供合適的加速性能；在車輛內(nèi)的惡劣環(huán)境中工作的可靠性。
逆變器架構(gòu)主要有兩種類型。第一種是單獨(dú)包裝的盒式逆變器。它通常被許多OEM和Tier1使用。它們具有易于組裝和模塊化的優(yōu)點(diǎn)。第二種是集成逆變器設(shè)計(jì)，這是傳動(dòng)系統(tǒng)的一部分。電機(jī)、變速器和逆變器被封裝到同一個(gè)外殼中（比如Tesla）。
決定逆變器性能的關(guān)鍵因素之一是用于開關(guān)技術(shù)的半導(dǎo)體類型。目前，四種不同類型的半導(dǎo)體開關(guān)技術(shù)正用于電動(dòng)車的逆變器。包括硅基的設(shè)備，如MOSFET和IGBT，以及基于寬帶間隙材料（SiC或GaN）的開關(guān)器件。
電動(dòng)車目前主要使用硅基逆變器，但隨著電動(dòng)化水平的提高，轉(zhuǎn)向基于SiC晶體管的逆變器，主要用于650V以上的系統(tǒng)。這是因?yàn)榕c基于SiC和GaN的WBG設(shè)備相比，Si MOSFET和IGBT的效率和性能較低。SiC提供更高的電場擊穿能力、更好的導(dǎo)熱性、更高的溫度操作能力和更高的開關(guān)頻率，這是由于較寬的電子帶隙，從而比硅基半導(dǎo)體器件的損耗更低。SiC材料還可以最大限度地減少開關(guān)損耗。
GaN具有相似的性質(zhì)，但其帶隙（3.4電子伏特）高于SiC（3電子伏特）。GaN的固有特性具有更快的開關(guān)能力，進(jìn)一步提高了逆變器的性能。在某些電壓架構(gòu)下，GaN的效率甚至高于SiC。
GaN在車輛逆變器中仍然是相對較新的技術(shù)。然而，它具有使用硅襯底的優(yōu)勢，因此成本要低得多。這些半導(dǎo)體的功率密度較高，使逆變器更小、更輕。
盡管如此，SiC和GaN與基于Si的逆變器之間的制造成本差異仍然是這些新技術(shù)普及的障礙。更高的成本并不能證明SiC在低壓系統(tǒng)中提供的優(yōu)勢是合理的。SiC需要復(fù)雜的制造流程，他們還需要定制的封裝和柵極驅(qū)動(dòng)，以優(yōu)化效率，進(jìn)一步增加了成本。
廣告 編輯推薦
最新資訊
-
“汽車爬坡試驗(yàn)方法”將有國家標(biāo)準(zhǔn)
2026-03-03 12:44
-
十年耐久監(jiān)管時(shí)代：電池系統(tǒng)開發(fā)策略將如何
2026-03-03 12:44
-
聯(lián)合國法規(guī)R59對機(jī)動(dòng)車備用消聲系統(tǒng)的工程
2026-03-03 12:08
-
聯(lián)合國法規(guī)R58對后下部防護(hù)裝置的工程化約
2026-03-03 12:07
-
聯(lián)合國法規(guī)R57對摩托車前照燈配光性能的工
2026-03-03 12:07
