成都 男同 新能源汽车中不得不说的大功率DC-DC
聊这个主题，主如果思提一下功率电子在未回电气化内部的作用，大功率的DC-DC在汽车电气化系统内部起到了一个关键的作用，但也与逆变器这种和车辆安全有着径直关联的开采有着推行的别离，关于车辆的功能安全，在这里暂不伸开，推行上表1中不同居品的附加值，与是否触及中枢的车辆安全有径直的关系，更会影响到整车企业是否思把部件作念成in-house的部件。
表1 功率电子在新能源汽车的基天职散
因此咱们所触及的DC-DC主要有三种类型。
1）高下压调养器（接济功率模块）此模块的主要作用是取代传统的12V发电机。如图1所示，强混以上的系统之中，发动机输出的能源径直驱动高压继电器对高压电板系统进行补电，传统的12V用电负荷，则澈底依靠这个DC/DC变压器供给，因此传统的用电负荷补给也就落实到了这里。此类器件，险些通盘的新能源汽车王人会诈欺，功率边界从1KW～2.2KW，亦然昔时48V系统的一个中枢元件，将对此器件进行伸开。
图1 高电压调养器的诈欺环境
2）12V电压领会器12V电压领会器，如图2所示，主如果用在部分Start-Stop系统（如果有可能，后续对Start-Stop将要作念个分类，当今在欧洲SS系统照旧诈欺极度泛泛了。在脱手进程中，如果选用某种架构用来退却电压波动对一些明锐器件产生影响。这里的明锐负载，主要包括用户可见的用电负载，如内饰灯和收音机等。电压稳压器的功率等第，跟着明锐用电器的负荷而定，一般为200～400W；总体而言，此类器件功率等第较小，老本要求较为残忍，欧洲的零部件厂家切入较早，这类器件的时间照旧极度闇练。
图2 12V电压
3）高压升压器这种高压升压器，如图3所示是一种选用性的架构，主如果某些整车企业，为了擢升能源系统的后果，选用用一个Boost的升压器来擢升逆变器输入的总线电压。因此，这个部件集成在逆变器内部，行动能源总成的一部分。此类器件，由于在特定的部件要求下，通过系统运筹帷幄优化出来的一个附带产物，并不是每个整车企业王人需要选用，超过是跟着锂电化带来的系统电压等第的升高，这个器件关于普通的零配件企业而言不是很好的契机。
图3 高压升压器
高下压调养器部件的历史由于在磁性材料和部件限制的上风，加之日本搀杂能源汽车商场的培育较为得手，与日本整车汽车同步发展，在这个限制训诲比拟好的，是日本供应商，比如TDK；其居品线一代代进化如图所示，居品主要诈欺在本田的搀杂能源居品线上。其竞争敌手Denso和Toyota Industry的居品，在不同的普锐斯/凯好意思瑞的搀杂能源车上使用，在举座销量上，是处于跳跃地位的，如图5所示。其他日本厂家如Shindengen Electric和Nichicon，也在依托其部件上风拥入汽车功率电子零部件商场。传统的汽车部件供应商，如博世、大陆和德尔福，虽然切入这个限制不算太晚，但这个部件的特色就决定较难依靠单一部件来盈利，在产量较低的时辰，BOM老本会很高，不易切入。其他在工业功率电子中比拟得手的艾默生和台达电子，超过是后者依托其工业浮滥功率电子的份额，在积极开拓这个商场。
图4 TDK DC-DC居品进化蓝图
图5 Denso和Toyota Industry的DC-DC 居品
性能评价宗旨表2 DC-DC居品质能表
Denso
TDK
1
输入电压边界
288V(norminal)
2
输出电压边界
13～15V
14.5V
3
最大输出电流
120A
100A
4
最大后果
96%
94%
5
半载后果
6
尺寸
360mm × 95mm × 105mm
7
分量
2.7kg
DC-DC的部件主要有以下的时间宗旨，如表2所示：1. 功率等第：不同等第的车辆，往往在设立上存在极度大的各异，导致14V系统的动态功率需求变化。按照模块化开发的理念，选用不同的功率等第，来匹配不同等第的车辆，经过电气均衡之后，就不错掩饰好多的车型。这算是当今较为流行的作念法。2. 后果：对这个部件而言，后果是个顶点醉心的标的。它既决定了通盘这个词部件的散热面容，也决定了通盘这个词部件的寿命。评价后果的时辰，往往选用与输出电流对应的后果弧线来表征，国产AV单个点上的最大后果其实是个很有骗取性的数据。3. 容积分量功率密度：部件一体化的运筹帷幄，当今关于部件的体积和分量王人有着残忍的要求，从上头的图形来看，在这两个宗旨上，演进是较为马上的。4. 散热面容：同大部分功率电子部件相通，在2KW傍边的等第上，有主动风冷和液冷两种面容。前者关于系统风谈有要求，后者关于冷却液管路的排布有着遣散。即使开发出来可用的部件，在整车集成的时辰，散热亦然一个很大的问题点。5. 老本：当今来说，这个部件的老本要求口舌常严格的，是以背面全桥这样的拓扑结构所需要的MOSFET较多，也会被东谈主毁掉掉。
图6 基于模块化开发的DC-DC部件策略
拓扑结构早期的搀杂能源汽车上装的DC-DC基本是以全桥结构的拓扑来终了的，如图7，其优点是：1. 全桥诈欺早期在大功率电器开采内非时常见，是以早期的搀杂能源系统从中学习。2. 输入边界宽：全桥电路在较宽的边界内王人有比拟好的性情。裂缝：1. 不言而喻的是，用了较多MOSFET，老本较高。2. 限度较为复杂，一般需要孤独的限度单位。
如果感兴致，不错望望英飞凌和ST所推选的评估系统，其本人是以全桥系统为原来运筹帷幄的。字据有限的辛劳和信息来看，当今的发展使用拓扑结构，亦然鉴戒工业上使用的诠释，有源钳位正激和2 Stage直流变化拓扑王人是值得尝试的。
图7 普锐斯中的全桥拓扑结构和现时Denso的新一代拓扑结构
围墙瓶颈关于这个部件来说，先进的拓扑结构其实并不是很高的壁垒，关于安全性要求较高的电动汽车来说，断绝运筹帷幄是必须的。其运筹帷幄难点为：1.热运筹帷幄：对DC-DC需要进行高超的热运筹帷幄，对液冷需要设测度好的流谈。2.EMC运筹帷幄：需要运筹帷幄输入滤波器以及输出滤波器，以确保EMC能过关，这点在汽车上诈欺尤其关键。3.后果：在不同的输入电压要求下，达到较高的后果弧线。4.保护功能运筹帷幄：运筹帷幄多样保护功能，以匹配通盘这个词输入电压弧线，以及12V保护系统要求。5.可制造性要求：至少要可能达到半自动化的要求，因此关于通盘这个词板级的运筹帷幄以及功率电路的连结王人比拟关键。如果电气化的量概况按照搀杂能源这样发展，昔时制程的要求就成为筛选供应商的一个贫乏的要求。
在国内作念这个部件，可能最大的挑战，是找不到好的车用磁性元件，向日本厂家买又是很困难的事情。从部件级别上头来看，有以下几点成见：
图8 变压器的发展
1.变压器：车用的2KW大功率变压器，似乎莫得国内及格的供应商，思要绕开这个又是不成能的事情。而变压器的运筹帷幄，本人等于通盘这个词功率电子内部一个中枢的事情，出来居品的性情，很大一部分是源于材料。按照TDK的阐述，其变压器的铁氧体材料“PC95”（PC95 ferrite core material），原料为Fe（铁）、Mn（锰）、Zn（锌），Fe的搀杂比例等与原居品（“PC44”、“PC45”等）不同。1）平板变压器：我初度斗争充电机，好意思国东谈主思法等于用平板变压器，这种对PCB和制程工艺要求极高的作念法，虽然是一种旅途，可是参数各异风险也径直与制程工艺联系起来了。2）集成化：Denso的阐述文档内部是将变压器与Chock coil合在沿路，字据各个展会的辛劳，这不是它一家的思法。在我看来，DC-DC的硬件工程师有时辰只可当场取材，这种器件级别的冲破，照旧不是工程师选个好决策那么简短的事情了。2.MOSFET：能选用的，唯有有限的几家，字据性能的情况来看，选用愈加有限。是以这块的老本，居高不下。3. 滤波电感：情况与变压器肖似，由于工艺相对简短，主要问题在于材料。
前次随机吃饭的时辰，听到一又友谈过火友东谈主，拿新能源车DC-DC行动创业居品，我个东谈主认为照旧有些难的。在国内打听的供应商内部，看到的积极成分未几。
参考文献1.日经时间在线【电动汽车拆解】DC-DC调养器擢升电压调养后果，保留铅蓄电板和DC-DC调养器的性能2. A High Power DC/DC Converter Designed for Single oolant Loop Hybrid Electric Vehicle Application Zhu， Miaosen Shen and Matthew Obrigkeit Continental Automotive Systems3. TDK DC-DC Converter for Automotive4. Highly Efficient and Compact DC-DC Converter for Ultra-Fast Charging of Electric Vehicles D. Christen， S. Tschannen， J. Biela Laboratory for High Power Electronic Systems5. Cars to drive electronic component demand Industry overview Bank of America Merrill Lynch6. 英飞凌 HV to LV DC/DC-Converter Evaluation Kit with Easy Automotive Module F4-50R07W1H3_B11A7. ST DC-DC converter for Hybrid Electric Vehicle and EV
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