功率分流逆变器



纬湃科技李智文：新能源汽车高压轴驱系统技术进展

纬湃科技在新能源汽车高压轴驱系统技术方面取得了诸多进展，涵盖高压混动汽车电驱系统、纯电动汽车轴驱系统、三合一系统开发、第四代逆变器技术以及碳化硅技术逆变器等多个方面。

高压混动汽车电驱系统

系统架构：混动系统架构包括P2、P4、功率分流P2以及DHT系统（P1+P3），目前国内外大部分研发集中在DHT系统。

创新研发：纬湃科技开发了一款低成本、高性价比的DHT系统，适用于插电式混合动力和全混系统。该系统结构简单，采用四档变速箱，无需机械同步器和离合器，通过控制电机转速和自动换档装置实现换档同步。

电机选择：采用两个感应电机，通过电控和电机协同工作，实现无力矩中断特性。

系统提供：纬湃科技不仅能提供电机和逆变器，还能提供区域控制器、传感器和执行器。

样车展示：在德国雷根斯堡制作了样车，并计划将样车转移到中国进行展示。

纯电动汽车轴驱系统技术

系统分类：纯电动轴驱系统分为微型、中小型、大型和大型四驱汽车四类。

共同特点：集成化、平台化、模块化、安全性、可靠性和舒适性。

特色差异：

微型电动车电驱系统追求最高经济性，采用风冷技术，电机安全性能要求不高。

中小型电动汽车电驱系统采用定子水冷，纬湃科技重点研发高压800V系统技术，包括定转子液冷技术。

四驱电驱系统中，辅驱一般采用异步电机，省掉脱开装置。

三合一系统开发

系统化开发：纬湃科技积累了大量三合一电驱产品研发经验，能够建立三合一系统的数学模型，通过计算机仿真技术实现多变量、多目标的优化仿真，做到成本和性能的最优化。在中国也建立了三合一系统仿真能力。

模块化设计：完成系统化开发后，对关键零部件进行模块化设计规划，根据不同应用需求，通过模块化配置快速准确地满足客户需求。

电机设计：

转子设计：从拓扑设计着手，优化磁场分布，提高转子永磁体利用率，包括利用磁阻转矩。

定子设计：采用多层扁线设计，降低集肤效应和临界效应；采用激光焊接确保焊接可靠性。

电机性能：电机功率密度达到1.8以上，下一代产品能满足市场2025功率密度目标；第四代产品最高效率大于95%，且在效率map上85%区域范围内高于85%的效率。

NVH开发

正向开发：建立三合一系统模型，找到关键因素，进行电磁仿真和机械仿真，消除阶次噪音。

模态分析：对传递路径上零部件进行模态分析，避开共振和加剧效应，实现NVH最优化设计。

轴向电磁力：通过降低轴向电磁力，有效降低阶次噪音。

冷却技术

冷却方法：市场上冷却方法包括风冷、水冷、油冷、水冷+灌封及混合冷却。

研究重点：纬湃科技目前研究重点是油冷和水冷+灌封。水冷+灌封模式是指电机的定子和转子都用水冷，定子线端用导热树脂灌封，把线端产生的热量导到定子外壳上，通过定子外壳上的水路冷却。

第四代逆变器技术

系列化推出：峰值功率从70多千瓦到200多千瓦。

设计优势：

特制的调制策略，减少开关损耗。

继承第三代特性，做到恒电流驱动，降低开关损耗。

机械设计：模块化、灵活性，做成几个标准模块，可做叠层、平铺等不同布置。

功能安全：可以达到ASIL D。

碳化硅技术逆变器

技术特性：碳化硅技术具有宽禁带、高频率特性，能做到节能效果。

仿真结果：通过仿真计算表明，碳化硅逆变器的应用可以使整个三合一系统的功耗降低9%。

成本优势：推算到2025年基于碳化硅技术的电驱系统在整车上的应用有明显成本优势，纬湃科技正在积极推出应用碳化硅逆变器的三合一系统。

PLECS应用范例（53）: 功率分流混合动力汽车系统（Power Split Hybrid Vehicle System）

本演示展示了一个锂离子电池供电的串并联混合动力汽车系统。系统由一个双向直流/直流变换器、电池控制、永磁同步电机、行星齿轮组等组成。直流/直流转换器将锂离子电池连接到直流母线，电池控制维持电压在500 V。锂离子电池采用纯电阻电气模型进行建模，用户可从电池数据表获取信息表示电流和电压特性。串并联混合动力由两台永磁同步电机（MG1和MG2）和相关控制装置组成，MG1和MG2逆变器的直流侧连接到直流母线。MG1用作电机和发电机，MG2作为发动机辅助加速。两台电机通过行星齿轮组与发动机机械耦合，允许发动机和MG2为车轮提供驱动扭矩。MG1用于控制发动机转速，保持所需水平。发动机通过1D查找表运行，以最小化制动比油耗（BSFC）。在仿真中，MG2用于将车轮从静止加速到所需速度，MG1控制发动机转速以加速至约125 rad/s，随后在70毫秒时，发动机转速增加到约188 rad/s，同时保持车轮转速不变。在120 ms时，发动机保持在1800 rpm，车轮转速增加。整个过程中，能量被提取并存储在电池中，以保持直流母线电压在所需500 V。发动机扭矩-速度工作点在模拟中进行了最小化BSFC操作，发动机在850 rpm以下未接合。

并联boost方案

并联Boost方案主要包括交错并联Boost电路及其改进形式，其核心是通过多相模块并联与移相控制实现性能优化，具体特点如下：

一、工作原理与结构特点

交错并联Boost电路采用多相Boost模块并联，各支路开关管通过移相导通模式交替工作。例如，两相电路中开关管S1与S2的驱动脉冲存在相位差，使电感电流在连续模式下交替切换，等效提升开关频率。中国铁塔的专利方案中，两相交错并联Buck-Boost电路通过蓄电池、电容、电感等元件组合，配合检测模块实时采集电压电流数据并调整控制参数，实现升降压功能。这种结构通过分时工作降低单模块压力，同时保持输出稳定性。

二、性能优势纹波抑制：多相电流叠加后峰谷间隙压缩，高频纹波系数显著降低。例如两相设计在120kHz工作频率下，电流失真度从单相的26%降至6%，输入电流纹波幅值减少约30%。效率提升：功率分流传导机制使每个支路仅承担总功率的一半，铁芯涡流损耗减少61%。三相六臂模式下，功率器件温度比单极架构平均低8.7℃，系统整体效率提高5%-8%。可靠性增强：采用N+1冗余方案，支持在线热备份。例如四并联体系在IGBT门极击穿后仍能维持81%的最大输出，单个单元故障不影响系统运行。磁性元件优化：高频化组合缩短磁场积累周期，电感窗口填充比提升至0.81，无需辅助散热风道即可满足大功率需求。三、应用场景

该方案适用于新能源发电、电动汽车、储能系统等大功率场景。例如，上海某车载逆变器制造商通过交错并联拓扑将系统温升控制在68℃，低于竞品的83%；青藏高原太阳能微网采用四并联体系，在单个IGBT故障后仍保障供电连续性。中国铁塔的专利方案则针对大功率需求下升降压电路的输出稳定性问题，通过交错并联结构提升系统可靠性。

四、改进方向

传统Boost电路在高输出电压场合受寄生参数限制，升压比一般仅为输入电压的4-5倍。交错并联Boost电路通过电容串联组合等改进形式，可突破非隔离升压电路在大功率、高输入输出变比场合的局限性，进一步扩展应用范围。

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