新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(Electric Drive System)是新能源汽車(如電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力汽車等)的核心動(dòng)力系統(tǒng)，負(fù)責(zé)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。該系統(tǒng)主要包括電池管理系統(tǒng)（BMS）、整車控制器（VCU）及電機(jī)控制器（MCU）等關(guān)鍵組件。

新能源汽車三電系統(tǒng)

1、新能源汽車電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述

傳統(tǒng)汽車驅(qū)動(dòng)車輛是依靠?jī)?nèi)燃機(jī)做功，通過(guò)變速器改變輸出動(dòng)力的傳動(dòng)比旋轉(zhuǎn)方向，再通過(guò)傳動(dòng)軸和車輪實(shí)現(xiàn)車輛驅(qū)動(dòng)。而純電動(dòng)汽車的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)替代了傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃機(jī)和變速器，依靠動(dòng)力電池、逆變器和電機(jī)變速單元實(shí)現(xiàn)車輛的驅(qū)動(dòng)。

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是新能源汽車核心系統(tǒng)之一，其性能決定了爬坡能力、加速能力以及最高車速等汽車行駛的主要性能指標(biāo)。無(wú)論是BEV（純電動(dòng)汽車）、HEV/PHEV（串并聯(lián)結(jié)構(gòu)）和燃料電池汽車均需要電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輛。

新能源汽車電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

新能源汽車的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)其主要由發(fā)電機(jī)／電動(dòng)機(jī)、逆變器、升壓型DC/DC、動(dòng)力電源、輔助電源、動(dòng)力電源ECU和HV ECU等構(gòu)成。各個(gè)元件作用不同，所需功率等級(jí)、電壓高低、電流大小、安全可靠性、電磁兼容性的指標(biāo)不同，并且對(duì)電源的種類直流/交流有要求。電動(dòng)汽車電子設(shè)備的這些要求主要通過(guò)功率變換器﹣﹣直流變換器DC/DC、交直流變換器AC/DC、直流交流變換器（逆變器）DC/AC等完成。

PRIUS 混合動(dòng)力汽車的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

以豐田公司PRIUS混合動(dòng)力汽車的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為例，該混合動(dòng)力汽車采用兩種直流電源：高壓動(dòng)力200V直流電源：用于儲(chǔ)存發(fā)電機(jī)電能，為車輛電驅(qū)動(dòng)裝置提供能量；低壓電源：主要為隨車負(fù)載提供電能。

功率變換器在汽車上的應(yīng)用

2、直流變換器DC/DC

直流/直流變換器（DC/DC）是一種將直流基礎(chǔ)電源轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌妷悍N類的直流變換裝置。

在電動(dòng)汽車的電子系統(tǒng)或設(shè)備中，系統(tǒng)中的直流總線不可能滿足性能各異、種類繁多的元器件對(duì)直流電源的電壓等級(jí)、穩(wěn)定性的高要求，因而必須采用各種DC/DC變換器將寬范圍變化的直流電壓變換為穩(wěn)定性能良好的直流電，來(lái)滿足電子系統(tǒng)的各種要求。

DC/DC變換器在新能源汽車上的的應(yīng)用

電動(dòng)汽車的DC/DC變換器的主要功能是給車燈、ECU、小型電器等汽車附屬設(shè)備提供電力和向輔助電源充電，其作用與傳統(tǒng)汽車交流發(fā)電機(jī)相似。

DC/DC變換器有升壓變換器與降壓變換器之分，根據(jù)電壓調(diào)制方式又有脈寬調(diào)制和頻率調(diào)制的區(qū)別。

DC/DC變換器電路原理圖

（1）脈沖寬度調(diào)制PWM和脈沖頻率調(diào)制PFM

DC/DC變換器也稱為斬波器，通過(guò)對(duì)電力電子器件的通斷控制，將直流電壓斷續(xù)地加到負(fù)載上，通過(guò)改變占空比改變輸出電壓的平均值。

DC/DC變換器原理圖

脈寬調(diào)制（PWM）：保持周期T不變，改變開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間即可改變U0；

脈沖頻率調(diào)制（PFM）：保持開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間t0不變，改變開(kāi)關(guān)周期T，同樣可以改變U0。

PWM和PFM方法是DC/DC最常用的兩種方法。

（2）降壓型轉(zhuǎn)換器（DC/DC）

降壓型轉(zhuǎn)換器（DC/DC）是利用MOSFET開(kāi)關(guān)閉合時(shí)在電感器中儲(chǔ)能，并產(chǎn)生電流。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，貯存的電感器能量通過(guò)二極管輸出給負(fù)載。輸出電壓值與占空比（開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí)間與整個(gè)開(kāi)關(guān)周期之間的比）有關(guān)。

降壓型DC/DC工作原理

（3）升壓型轉(zhuǎn)換器（DC/DC）

升壓型轉(zhuǎn)換器與降壓型轉(zhuǎn)換器所使用的組件類型相同，升壓型DC/DC輸出電壓的高低與開(kāi)關(guān)K的工作周期大小，以及每個(gè)周期中開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton和斷開(kāi)時(shí)間toff的長(zhǎng)短有關(guān)。

升壓型DC/DC工作原理

（4）升降壓型雙向DC/DC變換器

升降壓雙向DC/DC變換器主要組成為用于降壓的開(kāi)關(guān)型IGBT1，用于升壓的開(kāi)關(guān)型IGBT2，續(xù)流二極管VD1和VD2、感性濾波元件和容性濾波元件。該變換器也被稱為兩象限雙向斷路器，兩端分別與動(dòng)力電池和其他設(shè)備連接。升降壓型雙向DC/DC變換器的原理是通過(guò)控制周期性地流過(guò)感應(yīng)器電流的時(shí)間，來(lái)實(shí)現(xiàn)想要得到的輸出和輸入電流之間的關(guān)系。

升降壓雙向DC/DC工作原理

3、直流交流變換器DC/AC

DC/AC功率變換器又被稱為逆變器，是一種將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷碾娏﹄娮釉≒ower Inverter或Inverter)，主要由由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。電動(dòng)汽車上使用的DC/AC變換器的主要作用是將HV的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)／發(fā)電機(jī)用交流電。

逆變器在汽車上的應(yīng)用

近年來(lái)出現(xiàn)的車載AC電源也是一種逆變器，其特點(diǎn)是能夠?qū)⒅绷麟姡?2V或24V)轉(zhuǎn)換為交流電（220V）供一般電器使用，是一種方便的電源轉(zhuǎn)換器。

電動(dòng)車的DC/AC功用是將蓄電池的直流電變換為交流電，提供給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和單相交流用電器使用。DC/AC變換器主要分為半橋逆變器、全橋逆變器和三相電壓型逆變器3類。

三相逆變器原理圖

4、交流直流變換器AC/DC

AC/DC功率變換器又稱為整流器，其功用是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，電動(dòng)汽車中AC/DC的功用主要是將交流發(fā)電機(jī)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，供給用電器或電能儲(chǔ)能設(shè)備儲(chǔ)存。

（1）AC/DC功率變換器分類

按照變流器件開(kāi)關(guān)頻率的高低：所有半導(dǎo)體變流電路可分為低頻和高頻兩大類。

按照組成的部件：可分為不可控、半控和全控3種AC/DC變換器。

按照控制方式：有相控式和斬控式整流電路之分。

（2）AC/DC功率變換器電路構(gòu)成

AC/DC功率變換模塊電路的一般原理如下圖所示，圖中Uf為參考電壓，U0為AC/DC的輸出電壓，PWM為脈沖寬度調(diào)制式開(kāi)關(guān)變換器。AC/DC功率變換模塊由輸入濾波電路、全波整流和濾波電路組成。

AC/DC功率變換器電路原理

整流電路的作用是將交流電壓變?yōu)橹绷髅}動(dòng)電壓，輸入濾波電路的作用是使整流后的電壓更加平滑，并將電網(wǎng)中的雜波濾除以免對(duì)模塊產(chǎn)生干擾，同時(shí)輸入濾波器也可以阻止模塊自身產(chǎn)生的干擾影響。DC/DC變化電路和控制電路實(shí)現(xiàn)直流電壓的轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓，為了得到穩(wěn)定的輸出電壓U0。

新能源汽車一般都具有電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并且在該系統(tǒng)上有不少電力電子器件，汽車功率變換器是其重要組成部分。因此，了解汽車功率變換器基本知識(shí)與原理，對(duì)掌握新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)和控制原理、使用性能和維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)是不可或缺的。