实现混合动力汽车高品质驱动的DC-DC转换器

实现混合动力汽车高品质驱动的DC-DC转换器

传统内燃机汽车的燃油消耗和排放污染逐渐成为人们最为关注的问题，使用电动汽车可以实现低能耗、低排放。但是，电动汽车受其电池能量密度、寿命、价格等多方面的限制，使得其性价比无法与传统内燃机汽车相比。在这种情形下，融合内燃机汽车和纯电动汽车优点的混合动力汽车逐渐获得人们的认可。目前，常用的混合动力汽车是将电机、电池等电力部件安装到包含内燃机、变速器和燃油箱的传统驱动系统中。为了保证这种结构混合动力汽车的安全性，多种国际标准（如ISO6469-3）对这种结构中涉及到电力部件的电压、电阻等进行了规定，但这也限制了混合动力汽车性能的发挥。为满足对混合动力汽车品质的需求，利用直流-直流（DC-DC）转换器对混合动力汽车现有驱动系统进行优化，在不违反相关法规、标准的前提下，充分发挥混合动力电动汽车的潜能。

DC-DC转换器是混合动力汽车中重要的能量转换器。其主要有3种拓扑结构：①升压DCDC转换器，输出电压高于输入电压；②降压DC-DC转换器，输出电压低于输入电压；③降压-升压DC-DC转换器，输出电压可以高于或低于输入电压。为了对这3种拓扑结构DC-DC转换器进行比较，选取了瑞士BRUSA汽车电子公司生产的3种DC-DC转换器，效率分别为98.9%、97%～99%和97%，功率质量比分别为7.1kW/kg、5.9kW/kg和3.2kW/kg。显然，升压DC-DC转换器表现出显著的优势。因而，将升压DCDC转换器安装在了电池与逆变器之间。混合动力汽车运行时，不需要改变电池电压（即不需要改变电池负荷和荷电状态），利用升压DC-DC转换器升压后，传输到逆变器将直流电逆变为交流电，驱动电机行驶。在美国能源部橡树岭国家实验室使用升压DC-DC转换器对丰田凯美瑞混合动力汽车进行改造，采用新欧洲标准驾驶循环（NEDC）对试验车的性能进行测试。结果显示，采用升压DC-DC转换器后，整车的驱动功率输出增加了15%。

Quentin Werner et al.2016 18thEuropeanConference onPowerElectronicsand Applications,StuttgartSept. 05-09,2016.

编译：张振伟