效率达98.7%的电动车DC-DC转化器

    日前，由赛车运动及技术公司Prodrive领导的合作联盟宣布成功研制出一种可应用于电动车的基于碳化硅的多端口DC-DC转化器。该碳化硅多端口DC-DC转化器可以控制利用多种能量来源，因此其工作效率可以达到98.7%。同时，与基于单硅的转化器系统相比，以上碳化硅多端口DC-DC转化器不仅可以提升能量密度，而且还可以降低转化器的大小和重量。

    该碳化硅多端口DC-DC转化器最重要的一点就是其采用了碳化硅作为其基本材料。与单硅材料相比，碳化硅材料的运行频率更高。测试车辆采用的碳化硅多端口DC-DC转化器的试验频率可以达到75000赫兹，通过提高能量转换器的额定运行频率可以大大降低系统的能量转换损耗。此外，通过利用碳化硅材料还可以大幅缩小能量转换器中磁性元件的尺寸大小，使转化器的工作效率可以达到98.7%。以上采用碳化硅材料的多端口DC-DC转化器的重量功率密度可以达到10.5千瓦/千克，其体积功率密度则可以达到20千瓦/升。

    与普通材料的能量转换器相比，碳化硅材料能量转换器可以承受更高的工作温度。这样一来，碳化硅材料能量转换器就可以集成到电力电子中，甚至可以集成到混合动力系统的内燃机系统的冷却系统中。

    DC-DC能量转化器作为车辆高电压电气系统的能量传输枢纽。其包含四个端口：其中两个端口连接在牵引电机和高压电池上；第三个端口连接在辅助备用电源上，在此次的测试车中第三个端口连接的是测试车的车载超级电容组；最后第四个端口连接到了车辆的12伏驱动系统中。

    DC-DC能量转化器可以接收到来自外部监视控制器系统总线（Controller Area Network，CAN）中的指令并作出响应，其还可以匹配不同系统的不同电压值并在彼此之间进行能量传递。

    此次进行测试的车辆采用了塔塔汽车的Vista EV车型，该Vista电动汽车车型是由华威（Warwick）塔塔汽车欧洲技术中心（Tata Motors European Technical Centre）研发的，其采用的是220伏电池和37千瓦牵引电机。此外，以上Vista电动汽车测试车辆还配备了两个200千焦耳的超级电容器组，其电压工作区间在75伏-150伏之间。

    来自Prodrive公司的电气系统和控制专家Mark Willows表示：“在人们日常驾驶中，能量转化器可以提高电池电压到400伏左右以优化电动机的性能表现。同时在车辆驾驶过程中如有需要，能量转化器也可以从超级电容组中吸取额外的能量。而在能量回收阶段，能量转化器在接受到外部控制器指令情况下可以将车辆的能量回收至电池或超级电容组中储存起来。另外，能量转化器也可以实现电池和超级电容端口之间的直接能量传输。该能量转化器系统可以通过适配器与其他的能量源完成匹配。例如，能量转化器不仅可以与燃料电池匹配还可以与多个牵引电机进行匹配传输能量。”

    目前有消息称，Prodrive合作技术联盟正在进行一个后续项目。该项目主要研究提高能量转化器的工作电压至750伏。这样一来可以进一步提高工作能量密度，提升系统的最高可工作温度。

    Mark Willows表示：“针对以上能量转化器后续项目，我们已经开发了一套基于轻型商用车底盘的滚动试验台。以上轻型商用车底盘采用的是75千瓦牵引电机，其储能装置包括一个320 伏的锂离子电池和两个超级电容组。其中这些装置都是Prodrive公司针对以上项目专门设计研制的。”

    此次Prodrive领导的合作技术联盟得到了技术战略委员会的大力支持。另外，参与到该项目的还包括曼彻斯特大学（University of Manchester）、塔塔汽车欧洲技术中心、 IST电源产品有限公司（IST Power Products），雷锡恩系统公司（Raytheon Systems）和SCISYS公司等。

    Prodrive公司自2001年开始四驱油电混合动力原型的研发工作以来，至今已经有超过十年的混合动力和纯电动汽车的项目研发经验了。Prodrive公司参与了大量的混合动力和纯电动汽车的相关研发工作，其中包括摩托车、通勤车、客车和卡车等新能源原型机的开发、同类电力技术的研发以及多种电力技术的研发等工作。其中多种电力技术主要涉及到混合动力电池、超级电容、燃料电池以及高速电机等。