电动汽车电源管理技术最新进展

关（图5）。

图5 混合动力汽车/电动汽车中的英飞凌主逆变器框架图。（图片来源：英飞凌）

双电压电池系统

管理好混合动力汽车和电动汽车中的电池要求使用高压技术。结合了12V和48V电池的双电压系统需要双向的直流/直流转换，如图6所示，目的是保护电路，支持架构化功能。

图6 48V到12V的双向直流/直流转换器。

另外，汽车架构设计中通常有一个单相的3.5kW或7kW板载充电器模块（OBCM），用于从电网给电动汽车或插电式混合动力汽车（PHEV）充电。反之，电动汽车和插电式混合动力汽车可以用作能源，也可整合可再生能源的智能电网中以用作储能设备。智能电网工作时考虑到给电动汽车和插电式混合动力汽车智能充放电，这也是OBCM必须是双向直流/直流充电器的原因。

这种设计的最佳架构是升压系列谐振双向拓扑，如图7所示。它工作在谐振频率之上，具有零压开关功能，在最小开关频率点具有最大的功率传送性能。与单向电源流转换器相比，这种技术用MOSFET整流器替代了二极管整流器。这种解决方案也具有较高的效率和较宽的电池容量。图7所示的这种架构的一个主要缺点是整流桥在关断时具有较大的损耗，这一问题在未来的设计中必须解决。

图7 设计师有时使用调制过的DAB转换器控制简单高频隔离，这种架构的优势是组件的应力较低；其主要缺点是，ZVS无法扩展到整个输出范围，特别是在轻负载条件下。这张图显示，升压系列谐振双向转换器是一种更好的架构。

Delphi整合和布线

Delphi整合了本文讨论的所有元组件和其他一些混合电动汽车功率电子组件（图8），这令人惊叹。

图8 Delphi在混合动力汽车/电动汽车中实现高度整合。

混合动力汽车/电动汽车中使用合适的内部连接器也十分重要（图9）。

图9 混合动力汽车/电动汽车的关键要素是将质量最小化。Delphi在小规程电缆技术、绝缘材料和重量更轻的铜替代品（比如铝或一些特殊专有合金）方面有着重要创新。（图片来源：Delphi）

电力车轮驱动系统

《电动汽车应用电动驱动系统的设计与实现（Design and ImplementaTIon of an Electric Drive System for In-Wheel Motor Electric Vehicle Applications）》一文推荐了一种适合混合动力汽车和电动汽车的马达驱动系统，一种提供计算性能的马达驱动混合动力汽车的Matlab SIMULINK模型已开发成功。两个14kWDC无刷直流马达根据文献设计制造而成，安装在混合动力汽车车轮的轮缘内。

图10 一个后轮的无刷直流马达图。

另外，两个独立驱动的后轮也安装在菲亚特（Fiat）Linea车上。透过对方向盘的角度进行检测，电子控制技术取代了机械差动装置。汽车的电力驱动控制系统和电子控制单元（ECU）之间透过CAN总线进行通讯，电力驱动后轮和ICE驱动的前轴之间实现了成功的级联。

这种设计选择了带集中线圈的无刷直流马达，因为它具有很低的功率重量比和很高的效率，并且容易控制。

图11 车轮轮辋和电动发电机装置中的直接驱动型无刷直流马达分解图。

驱动器

无刷直流马达的电力驱动器由一个整合电源模块（IPM）、一个8位的微控制器和一个电子控制系统组成。驱动器软件开发用于IGBT换流控制和脉冲宽度调变（PWM）电压控制。系统具有光耦隔离、电流和温度保护，而且系统中还嵌入了速度、电流和电压传感器。

综上所述，本文介绍了在电动汽车和混合动力汽车电源管理方面最近几年的一些发展成果。今后势必还会涌现更多的开发成果，进一步改进这些系统，使地球受益。