電動(dòng)汽車動(dòng)力電源系統(tǒng)DC／DC變換器的匹配和計(jì)算

馬洪吉

（華泰汽車研發(fā)中心，北京 102218）

隨著863計(jì)劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)的分布實(shí)施，我國(guó)在燃料電池汽車、純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車等新能源環(huán)保汽車方面已經(jīng)具備了較好的開(kāi)發(fā)能力，并通過(guò)整車集成配套技術(shù)的研發(fā)實(shí)現(xiàn)了與傳統(tǒng)汽車的技術(shù)對(duì)接，并逐步向產(chǎn)業(yè)化延伸。而DC／DC變換器是電動(dòng)汽車輔助電源系統(tǒng)的主要供電設(shè)備，并為蓄電池充電。其效率 （85%～95%）遠(yuǎn)高于發(fā)電機(jī)正常轉(zhuǎn)速時(shí)的效率 （50%），并且輸出穩(wěn)定、體積小、質(zhì)量輕。

在新能源環(huán)保汽車DC／DC變換器選型中，考慮DC／DC的高效節(jié)能，同時(shí)避免功能重復(fù)，準(zhǔn)備用DC／DC取代傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)，為整車低壓系統(tǒng)持續(xù)供電。由于動(dòng)力電池的電壓范圍變化較大，且部分傳統(tǒng)附件被電動(dòng)附件取代，整車低壓負(fù)載有所增加，因此要進(jìn)行DC／DC變換器選型，在既定的電壓范圍內(nèi)滿足整車低壓用電。本文僅針對(duì)某一款純電動(dòng)車進(jìn)行DC／DC變速器的選型及分析。

1 技術(shù)要求

1.1 基本功能要求

DC／DC變換器的轉(zhuǎn)換效率應(yīng)大于85%，波紋小于150 mV，具備過(guò)溫保護(hù)、過(guò)壓／欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、低壓端反接保護(hù)、漏電保護(hù)功能、高可靠性，防水等級(jí)達(dá)到IP55或更高，滿足GB／T 24347—2009電動(dòng)汽車DC／DC變換器中的相關(guān)技術(shù)要求。

1.2 基本組成及原理框圖

DC／DC變換器主要由濾波器、逆變電路、輸出高頻整流濾波、輸出二級(jí)濾波以及CPU控制電路組成。其中輸入濾波器對(duì)于電磁兼容有很大作用，有效地抑制了傳導(dǎo)干擾。高頻整流濾波與二級(jí)濾波的共同作用使電源的輸出紋波大大降低。CPU控制系統(tǒng)用于控制各種負(fù)載變換情況下的穩(wěn)定輸出。其原理框圖如圖1所示。

1.3 控制原理圖

電池管理系統(tǒng)檢測(cè)蓄電池兩端的端電壓，當(dāng)檢測(cè)到電壓小于某一設(shè)定值 （13.8V）時(shí)，控制DC／DC變換器開(kāi)始工作，由動(dòng)力蓄電池提供能量，為蓄電池充電。DC／DC變換器控制原理圖如圖2所示。

1.4 工作電壓范圍

以某一款純電動(dòng)車為例，其設(shè)計(jì)動(dòng)力電池 （磷酸亞鐵鋰）標(biāo)稱電壓320 V，電池單體電壓下限為2.5 V，電池單體電壓上限為3.65 V?？傠妷合孪逓?.5×100=250 V， 總電壓上限為3.65×100=365 V， 即DC／DC變換器輸入電壓的范圍是250～365V或更寬。

2 功率選擇

2.1 基本思路

根據(jù)整車所有負(fù)載電流If確定DC／DC的輸出額定電流Ig，使整車電源系統(tǒng)達(dá)到電平衡。

2.2 整車所有設(shè)備負(fù)載電流If

根據(jù)純電動(dòng)車整車用電設(shè)備不同的工作特性，將其分為長(zhǎng)期接通、連續(xù)接通、短期接通和EV附加4種狀況，賦于不同的權(quán)值，具體情況如表1～表4所示。

表1 長(zhǎng)期接通電器部件功率

表2 連續(xù)接通電器部件功率

表3 EV附加電器部件功率

表4 短期接通電器部件功率

整車計(jì)算功率值為

整車所有負(fù)載電流為

2.3 功率選取

為保證某款純電動(dòng)車整車實(shí)際用電和蓄電池的充放電平衡，DC／DC變換器容量應(yīng)大于整車的計(jì)算負(fù)荷，一般按1.2倍率考慮。初步選定某款純電動(dòng)車用DC／DC變換器規(guī)格為14.2 V／64.59 A， 即14.2 V／918 W。 所以DC／DC變換器的規(guī)格為14.2 V／918W。

3 總結(jié)

1）針對(duì)某款純電動(dòng)車用DC／DC變換器初定規(guī)格為14.2V／918W。

2）后期需要關(guān)注DC／DC變換器發(fā)展趨勢(shì)，比如把DC／DC變換器集成到逆變器總成中的技術(shù)。

3）DC／DC變換器開(kāi)始工作的控制方式還有幾種，如鑰匙控制、整車控制器控制等，控制方式最優(yōu)化仍待研究。