電動汽車動力電源系統DC／DC變換器的匹配和計算

馬洪吉

（華泰汽車研發中心，北京 102218）

隨著863計劃電動汽車重大專項的分布實施，我國在燃料電池汽車、純電動汽車和混合動力汽車等新能源環保汽車方面已經具備了較好的開發能力，并通過整車集成配套技術的研發實現了與傳統汽車的技術對接，并逐步向產業化延伸。而DC／DC變換器是電動汽車輔助電源系統的主要供電設備，并為蓄電池充電。其效率 （85%～95%）遠高于發電機正常轉速時的效率 （50%），并且輸出穩定、體積小、質量輕。

在新能源環保汽車DC／DC變換器選型中，考慮DC／DC的高效節能，同時避免功能重復，準備用DC／DC取代傳統發電機，為整車低壓系統持續供電。由于動力電池的電壓范圍變化較大，且部分傳統附件被電動附件取代，整車低壓負載有所增加，因此要進行DC／DC變換器選型，在既定的電壓范圍內滿足整車低壓用電。本文僅針對某一款純電動車進行DC／DC變速器的選型及分析。

1 技術要求

1.1 基本功能要求

DC／DC變換器的轉換效率應大于85%，波紋小于150 mV，具備過溫保護、過壓／欠壓保護、過流保護、低壓端反接保護、漏電保護功能、高可靠性，防水等級達到IP55或更高，滿足GB／T 24347—2009電動汽車DC／DC變換器中的相關技術要求。

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、輸出二級濾波以及CPU控制電路組成。其中輸入濾波器對于電磁兼容有很大作用，有效地抑制了傳導干擾。高頻整流濾波與二級濾波的共同作用使電源的輸出紋波大大降低。CPU控制系統用于控制各種負載變換情況下的穩定輸出。其原理框圖如圖1所示。

1.3 控制原理圖

電池管理系統檢測蓄電池兩端的端電壓，當檢測到電壓小于某一設定值 （13.8V）時，控制DC／DC變換器開始工作，由動力蓄電池提供能量，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

以某一款純電動車為例，其設計動力電池 （磷酸亞鐵鋰）標稱電壓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。總電壓下限為2.5×100=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

根據整車所有負載電流If確定DC／DC的輸出額定電流Ig，使整車電源系統達到電平衡。

2.2 整車所有設備負載電流If

根據純電動車整車用電設備不同的工作特性，將其分為長期接通、連續接通、短期接通和EV附加4種狀況，賦于不同的權值，具體情況如表1～表4所示。

表1 長期接通電器部件功率

表2 連續接通電器部件功率

表3 EV附加電器部件功率

表4 短期接通電器部件功率

整車計算功率值為

整車所有負載電流為

2.3 功率選取

為保證某款純電動車整車實際用電和蓄電池的充放電平衡，DC／DC變換器容量應大于整車的計算負荷，一般按1.2倍率考慮。初步選定某款純電動車用DC／DC變換器規格為14.2 V／64.59 A， 即14.2 V／918 W。 所以DC／DC變換器的規格為14.2 V／918W。

3 總結

1）針對某款純電動車用DC／DC變換器初定規格為14.2V／918W。

2）后期需要關注DC／DC變換器發展趨勢，比如把DC／DC變換器集成到逆變器總成中的技術。

3）DC／DC變換器開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，控制方式最優化仍待研究。