编辑：荆门矿用变压器厂家 日期：2018-03-17 人气：221
电动汽车电源管理技术最新进展 因为早在2003年就办理了靠得住性问题，是以本日的技能乐成让第一个GaN高电子迁徙率晶体管(HEMT)组件进行投产。这些都是常态导通(normally-on)组件，是以0V的栅极电压将构成导通状况，小于0V的任何电压都将关断组件。初期使用的是SiC基板(substrate)，一旦Si基板能与GaN完美连系，出产本钱就能明显低落。在2014年，一个新的级联架构完成将常态导通组件变成常断(normally-off)组件。咱们将按照电动汽车电池的化学成份阐发它们的成果，好比基于锂的化学成份和具备高能量密度的镍氢电池(NiMH)。如后面SiC组件部门所述，为了使一次充电能够行驶更长的距离，一样必要进步电源转换架构的服从。
固然砷化镓(GaA)和氮化镓(GaN)也具备很高的临界电场，也是针对大功率办理计划的改良型组件，但SiC另有其余上风。诸如更高的最大事情温度，很高的德拜温度(Debyetemperature)，很高的热传导性(在多晶SiC中)，在电场中完成疾速开关和低电阻率的高载流子饱和速率，便利天生二氧化硅(SiO2)带来的更低的出产本钱，和很高的阈值能量致使更强的辐射软化(radiationhardening)。
电动推动技能必要在汽车中整合一种全新架构的能源传动体系，这类新增长的组件请求相对应的体系组件进行多学科的深刻研究。电动汽车体系由电动马达、电力转换器和储能装配如锂离子电池构成，这类新的架构体系必需颠末优化来最大限制地进步体系服从，使汽车在单次充电便能到达最长的行驶距离，电子技能的成长为削减交通运输的气体排放量带来紧张的推动力。电动汽车(EV)和夹杂能源汽车(HEV)
“救济咱们的地球，让地球阔别净化！”这是世界各地的迷信家和有识之士对低落温室气体排放的同等呼声。由石化燃料引擎驱动的汽车是祸首罪魁，固然鞭策汽车前进的替换技能有不少种，但今朝独一可行的计划是——电力(Electricity)。
电动汽车靠电池行驶，夹杂能源汽车也一样，只是它还操纵一个石化燃料焚烧的引擎作为帮助。给这些汽车供电的技能要想得到乐成并具有夸姣的将来，能效是关头，是以必要智能的电源办理机制，最大化地进步将电池能量转换为车轮机器驱能源的服从，从而增长单次充电的行驶距离，同时不增长碳排放，抱负环境下更是能明显低落碳排放。
电动汽车的碳化硅(SiC)功率
电动汽车的分量、体积和本钱，和单次充电的行驶距离与电力转换体系的服从直接相关。SiC电源组件很是得当在汽车常见的低温环境中事情。让咱们细心看看SiC电源组件若何进步体系服从。
更轻的分量象征着里程数的耽误。低落电源转换体系的分量、本钱和尺寸的一种典范方法是进步开关稳压器的开关频次。咱们都晓得，在较高频次点事情时，电感、电容和荆门矿用变压器等自动组件的尺寸和分量可以减少，既然如斯，快采纳SiC办理计划吧。
固然硅(Si)电源组件也能事情在高频，但SiC的上风是能够处置比Si高很多的电压。SiC是一种宽能隙(widebandgap，WBG)的半导体组件，而较宽的能隙象征着较高的临界电场(临界电场是关断状况下的梗阻电压)。宽带隙SiC组件的高压本领容许它们具备更低的导通电阻，从而完成更快的开关速率和单极性事情状况，部门原理是其载频必要被加快至更高的速率(更高的动能)来降服更宽的能隙。
SiC组件在电动汽车中有很多关头利用。现有的电力牵引驱动装配能够将85%的电能转换为机器动能以驱动车轮，这个服从是相当高的，但SiC也能帮忙进步服从。电能转换器能受益于服从的改良，由于它能将电池能量通报给策动机，并且能在电池充电器电路和任何必要的帮助电源中使用(图1)。
图1SiC电源组件在电动汽车中有很多用处。
将750V转换到27V供低压电动汽车使用的SiC电源供给，是用SiC功率组件进步电动汽车服从的很好例子。这类架构将服从从88%进步到了惊人的96%，将尺寸和分量削减了25%，而且与Si办理计划比拟不必要用电扇来冷却过剩的热量。表1表现电动汽车SiC功率组件的一些紧张利用。
表1电动汽车电子架构中的一些SiC利用。(PCU是指电源节制单位；APS是指帮助电源)(表格来源：2015TenthInternationalConferenceonEcologicalVehiclesandRenewableEnergies)
电动汽车的GaN功率
GaN对付电动汽车的电源改良也功不可没。马达驱动和直流/直流节制中遍及使用的绝缘栅双极晶体管(IGBT)不停是基于Si的产物。这些计划的开关时间凡是在10k~100kHz数目级，而GaN组件的开关时间可以到达奈秒(ns)级，而且能够轻松地在200℃的汽车环境下事情。
就像SiC一样，GaN组件因为具备更高的开关速率，是以也能减少电源架构中电感、电容和荆门矿用变压器的尺寸，还能因被动组件尺寸的减少而削减整体积和分量。
Si组件的开关速率和最小导通电阻已到达最大极限，GaN彷佛是超出这些极限的一种可行的计划。实行表白，如果开关频次可以进步5倍，电感和电容的体积便可以减少至五分之一。本日的GaN技能可以支撑很高的速率。
GaN功率组件在4个关头范畴表现相当杰出：低温事情、更高的击穿电压、低导通电阻及得当更高事情频次的奈米级开关速率。这些上风和GaN与SiC雷同，而它们的区分有两点：LED和射频晶体管不停使用GaN；很多Si工艺兼容GaN工艺，与SiC较高的基底本钱比拟，低落了晶圆本钱及工艺本钱。
自此今后，驱动技能得到长足成长，整合度愈来愈高，电源逆变器也有明显进步。GaN组件在电动汽车的电池充电器中也有非凡表现，这些充电器由交换/直流转换器加直流/直流转换器构成。这类组合便是一种功率因子节制器(PFC)(图2)。
图2典范的电动汽车电源架构。(图片来源：IEEE2015)
操纵GaN，加之开关速率更高的GaNHEMT，可以完成更小的被动组件。增长的频次透过较小的电感将功率架构引向较低的涟波(ripple)电流，是以改进了功率因子，并获得体积更小、本钱更低的电容。更低的涟波电流对电容的应力也更小，从而进步其靠得住性和寿命。
曩昔几年来GaN的靠得住性已被进步到一个很高的尺度，这是GaN在汽车中使用的关头。
操纵夹杂能源汽车传动体系服从低落温室气体排放
今朝约72%的交通排放由行驶在门路上的汽车发生。改良夹杂能源汽车传动体系计划以进步其服从是低落排放的重要手段。一种法子是加强DC-link电压节制架构的服从，这象征着起首必要进步串连型夹杂能源汽车传动体系的电源转换器服从。
DC-link凡是毗连三个传动体系：由三相整流器构成的低级电源；由双自动桥式(DAB)直流/直流转换器构成的次级电源；由三相位逆变器构成的推动负载(图3)，它们与串连式夹杂能源汽车相关。
图3夹杂能源汽车的传动体系框图。(图片来源：IEEE2016)
在DC-link和电池电压不相称的计划拓扑中，直流/直流转换器中心办理计划是必须的。有篇IEEE的论文《用于进步串连式夹杂能源汽车中电源电路服从的电压节制法子(VoltageControlforEnhancedPowerElectronicEfficiencyinSeriesHybridElectricVehicles)》描写了研究分歧架构的很多法子和用于各类DC-link电压和直流/直流转换器节制的计划。
如下将会商比例节制定律(pro-portionalcontrollaw)，该定律用于节制静态DC-link电压以完成DAB直流/直流转换器桥栅极开关波形之间的相移。这类转换器位于串连式夹杂能源汽车传动体系的DC-link和电池之间，如图4所示。在这类环境下，节制器使直流/直流转换器电能消耗及全部传动体系的消耗都变得更低。
图4节制原理图中的夹杂能源汽车传动体系互连图。引擎(ICE)、连续可变变速箱(CVT)、永磁同步马达(PMSG)或夹杂能源汽车的低级电源、永磁同步马达(PMSM)或夹杂能源汽车的推动负载都是图中所示体系的关头组件。(图片来源：IEEE2016)
在这个模子中，柴油机是夹杂能源汽车的重要能源源，直流电池是次级能源源。办理节制体系(SCS)按照电池电量状况(SOC)和马达负载来节制这两个能源源供给的能源比例。
究竟上，在这类串连型夹杂能源汽车中，DC-link电压将按捺前提施加于与单元调制指数对应的PMSM和PMSG的抱负事情区，如许体系就能防止呈现致使讯号失真并低落体系服从的过调状况。将调制指数连结靠近1，可以进步传动体系中电源电路的总服从，从而最大限制地进步逆变器和整流器的服从，而开关进程是其服从丧失的重要身分，是以低落开关电压可以进步服从。
这类能够最大限制削减功率丧失的延续永恒零压开关(ZVS)机制最得当具备高夹杂因子(HF)的汽车，特别是在都会环境中。夹杂因子是指来自电源的装机功率与总装机功率之比。这个夹杂因子会影响夹杂能源汽车中的燃油损耗。
汽车逆变器
主电源逆变器节制着电力传动体系中的马达，是夹杂能源汽车/电动汽车中的一个紧张装配。电源逆变器就像引擎汽车中的策动机办理体系(EMS)一样决议着驾驶举动。这类逆变器合用于任何马达，好比同步、异步或无刷马达，由整合的电子PCB节制。这块PCB板是汽车制作商特地计划的，用于最大水平地削减开关消耗，和最大化地进步热
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