一般来说,电动汽车使用三相电机,这需要复杂的电压波形来推动电力。电池提供固定电压的直流。因此,逆变器在制动(再生)时将直流转换为交流电,产生适合电机控制速度、驱动扭矩和功率的电压。
1. 逆变器组件
操作功率模块作为响应驱动信号的开关设备。IGBT在高电流和高速条件下运行,以满足车辆的高性能要求。目前,在高压架构车型中,已逐渐从IGBT切换到SiC的趋势。
通过减少电机纹波电流来过滤波形,提高其质量。
母线是导电线,在组件之间分配电力更容易、更灵活。
由IGBT输入操作,以相应地改变功率。
执行电机对各种车辆的矢量控制操作(如停止启动和加速/减速)。
作为连接到逆变器前后的组件的入口和出口。
在逆变器运行过程中,通过散热降低更高的温度,以改善高性能条件。采用双液冷却等更好的技术,散热器的冷却性能不断提高。
2. 逆变器的性能要求
体积小(确保系统能够安装在车辆上很重要);
提高能效,扩大电动汽车续航里程;
高输出,提供适当的加速性能;
在车辆恶劣环境下工作的可靠性。
3. 逆变器架构主要有两种类型
第一种是单独包装的盒式逆变器。它通常是许多OEM和Tier1.它们具有易于组装和模块化的优点。
二是集成逆变器设计,是传动系统的一部分。电机、变速器和逆变器被包装在同一个外壳中(例如Tesla)。
4. 用于开关技术的半导体类型是决定逆变器性能的关键因素之一
目前,电动汽车逆变器正在使用四种不同类型的半导体开关技术。包括硅基设备,如MOSFET和IGBT,以及基于宽带间隙的材料(SiC或GaN)开关设备。
目前,硅基逆变器主要用于电动汽车,但随着电气化水平的提高,转向是基于SiC晶体管逆变器主要用于650V上述系统。这是因为和基础SiC和GaN的WBG设备相比,Si MOSFET和IGBT效率和性能较低。SiC由于电子带间隙较宽,因此比硅基半导体器件损耗更低,提供了更高的电场击穿能力、更好的导热性、更高的温度操作能力和更高的开关频率。SiC材料还可以最大限度地减少开关损耗。
GaN它具有相似的性质,但其间隙(3).电子伏特)高于SiC(3电子伏特)。GaN其固有特性具有较快的开关能力,进一步提高了逆变器的性能。GaN甚至比SiC。
GaN车辆逆变器仍然是一项相对较新的技术。然而,它具有使用硅衬底的优点,因此成本要低得多。这些半导体的功率密度较高,使逆变器更小、更轻。
尽管如此,SiC和GaN与基于Si逆变器之间的制造成本差异仍然是这些新技术普及的障碍。更高的成本并不能证明SiC在低压系统中提供的优的。SiC为了优化效率,进一步增加成本,还需要定制的包装和栅极驱动。