效率達(dá)98.7%的電動(dòng)車(chē)DC-DC轉(zhuǎn)化器

日前，由賽車(chē)運(yùn)動(dòng)及技術(shù)公司Prodrive領(lǐng)導(dǎo)的合作聯(lián)盟宣布成功研制出一種可應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)的基于碳化硅的多端口DC-DC轉(zhuǎn)化器。該碳化硅多端口 DC-DC轉(zhuǎn)化器可以控制利用多種能量來(lái)源，因此其工作效率可以達(dá)到98.7%。同時(shí)，與基于單硅的轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)相比，以上碳化硅多端口DC-DC轉(zhuǎn)化器不僅可以提升能量密度，而且還可以降低轉(zhuǎn)化器的大小和重量。

該碳化硅多端口DC-DC轉(zhuǎn)化器最重要的一點(diǎn)就是其采用了碳化硅作為其基本材料。與單硅材料相比，碳化硅材料的運(yùn)行頻率更高。測(cè)試車(chē)輛采用的碳化硅多端口 DC-DC轉(zhuǎn)化器的試驗(yàn)頻率可以達(dá)到75000赫茲，通過(guò)提高能量轉(zhuǎn)換器的額定運(yùn)行頻率可以大大降低系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換損耗。此外，通過(guò)利用碳化硅材料還可以大幅縮小能量轉(zhuǎn)換器中磁性元件的尺寸大小，使轉(zhuǎn)化器的工作效率可以達(dá)到98.7%。以上采用碳化硅材料的多端口DC-DC轉(zhuǎn)化器的重量功率密度可以達(dá)到 10.5千瓦/千克，其體積功率密度則可以達(dá)到20千瓦/升。

與普通材料的能量轉(zhuǎn)換器相比，碳化硅材料能量轉(zhuǎn)換器可以承受更高的工作溫度。這樣一來(lái)，碳化硅材料能量轉(zhuǎn)換器就可以集成到電力電子中，甚至可以集成到混合動(dòng)力系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)中。

DC-DC能量轉(zhuǎn)化器作為車(chē)輛高電壓電氣系統(tǒng)的能量傳輸樞紐。其包含四個(gè)端口：其中兩個(gè)端口連接在牽引電機(jī)和高壓電池上;第三個(gè)端口連接在輔助備用電源上，在此次的測(cè)試車(chē)中第三個(gè)端口連接的是測(cè)試車(chē)的車(chē)載超級(jí)電容組;最后第四個(gè)端口連接到了車(chē)輛的12伏驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。

DC-DC能量轉(zhuǎn)化器可以接收到來(lái)自外部監(jiān)視控制器系統(tǒng)總線(Controller Area Network，CAN)中的指令并作出響應(yīng)，其還可以匹配不同系統(tǒng)的不同電壓值并在彼此之間進(jìn)行能量傳遞。

此次進(jìn)行測(cè)試的車(chē)輛采用了塔塔汽車(chē)的Vista EV車(chē)型，該Vista電動(dòng)汽車(chē)車(chē)型是由華威(Warwick)塔塔汽車(chē)歐洲技術(shù)中心(Tata Motors European Technical Centre)研發(fā)的，其采用的是220伏電池和37千瓦牽引電機(jī)。此外，以上Vista電動(dòng)汽車(chē)測(cè)試車(chē)輛還配備了兩個(gè)200千焦耳的超級(jí)電容器組，其電壓工作區(qū)間在75伏-150伏之間。

來(lái)自Prodrive公司的電氣系統(tǒng)和控制專(zhuān)家Mark Willows表示：“在人們?nèi)粘ｑ{駛中，能量轉(zhuǎn)化器可以提高電池電壓到400伏左右以?xún)?yōu)化電動(dòng)機(jī)的性能表現(xiàn)。同時(shí)在車(chē)輛駕駛過(guò)程中如有需要，能量轉(zhuǎn)化器也可以從超級(jí)電容組中吸取額外的能量。而在能量回收階段，能量轉(zhuǎn)化器在接受到外部控制器指令情況下可以將車(chē)輛的能量回收至電池或超級(jí)電容組中儲(chǔ)存起來(lái)。另外，能量轉(zhuǎn)化器也可以實(shí)現(xiàn)電池和超級(jí)電容端口之間的直接能量傳輸。該能量轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)可以通過(guò)適配器與其他的能量源完成匹配。例如，能量轉(zhuǎn)化器不僅可以與燃料電池匹配還可以與多個(gè)牽引電機(jī)進(jìn)行匹配傳輸能量。”

目前有消息稱(chēng)，Prodrive合作技術(shù)聯(lián)盟正在進(jìn)行一個(gè)后續(xù)項(xiàng)目。該項(xiàng)目主要研究提高能量轉(zhuǎn)化器的工作電壓至750伏。這樣一來(lái)可以進(jìn)一步提高工作能量密度，提升系統(tǒng)的最高可工作溫度。

Mark Willows表示：“針對(duì)以上能量轉(zhuǎn)化器后續(xù)項(xiàng)目，我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一套基于輕型商用車(chē)底盤(pán)的滾動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。以上輕型商用車(chē)底盤(pán)采用的是75千瓦牽引電機(jī)，其儲(chǔ)能裝置包括一個(gè)320 伏的鋰離子電池和兩個(gè)超級(jí)電容組。其中這些裝置都是Prodrive公司針對(duì)以上項(xiàng)目專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)研制的。”

此次Prodrive領(lǐng)導(dǎo)的合作技術(shù)聯(lián)盟得到了技術(shù)戰(zhàn)略委員會(huì)的大力支持。另外，參與到該項(xiàng)目的還包括曼徹斯特大學(xué)(University of Manchester)、塔塔汽車(chē)歐洲技術(shù)中心、 IST電源產(chǎn)品有限公司(IST Power Products)，雷錫恩系統(tǒng)公司(Raytheon Systems)和SCISYS公司等。

Prodrive公司自2001年開(kāi)始四驅(qū)油電混合動(dòng)力原型的研發(fā)工作以來(lái)，至今已經(jīng)有超過(guò)十年的混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車(chē)的項(xiàng)目研發(fā)經(jīng)驗(yàn)了。 Prodrive公司參與了大量的混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車(chē)的相關(guān)研發(fā)工作，其中包括摩托車(chē)、通勤車(chē)、客車(chē)和卡車(chē)等新能源原型機(jī)的開(kāi)發(fā)、同類(lèi)電力技術(shù)的研發(fā)以及多種電力技術(shù)的研發(fā)等工作。其中多種電力技術(shù)主要涉及到混合動(dòng)力電池、超級(jí)電容、燃料電池以及高速電機(jī)等。