DC-DC轉(zhuǎn)換器（一）：提高電壓轉(zhuǎn)換效率

TDK已開始向混合動力車及電動汽車提供“DC-DC轉(zhuǎn)換器”。電動汽車充電電池的電壓高達(dá)數(shù)百伏。DC-DC轉(zhuǎn)換器將充電電池的電壓降至14V，提 供給鉛蓄電池。再把鉛蓄電池作為電源驅(qū)動發(fā)動機(jī)的輔機(jī)類、雨刷及前照燈等器件。

世界首款量產(chǎn)混合動力車的投入使用已經(jīng)12年。包括TDK在內(nèi)，DC-DC轉(zhuǎn)換器單位體積的功率密度逐年提高，估計(jì)今后也是這一趨勢。

TDK的DC-DC轉(zhuǎn)換器于1997年實(shí)際應(yīng)用于混合動力車。本田將在現(xiàn)行的“思域混合動力車”和新款I(lǐng)nsight上采用（圖1）。還被部分海外廠 商應(yīng)用于混合動力車。

Insight之所以采用TDK制造的DC-DC轉(zhuǎn)換器， 是因?yàn)槟軌驖M足小型與輕量化的要求。本田對Insight減小了包括DC-DC轉(zhuǎn)換器和逆變 器在內(nèi)的PCU（功率控制單元）尺寸及鎳氫充電電池的尺寸。這些器件在思域混合動力車中曾配置在后座后面，而在Insight中，卻配置在行李艙下面，以 使行李艙的可用空間比以前增大。DC-DC轉(zhuǎn)換器的小型化有利于擴(kuò)大行李艙容量，降低成本。

Insight上使用的最新款DC-DC轉(zhuǎn)換器與思域混合動力車上配備的原產(chǎn)品相比，重量減輕45％，容積減小5％（圖2）。重量低于1kg。轉(zhuǎn)換效 率確保在90％以上。

省去交流發(fā)電機(jī)混合動力車及電動汽車導(dǎo)入DC-DC轉(zhuǎn)換器之后，可省去交流發(fā)電機(jī)。交流發(fā)電機(jī)利用發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn) 發(fā)電，發(fā)出的電為鉛蓄電池充電。（如圖）

電動汽車 的充 電電池容量很大。因此，以充電電池為電源， 能夠利用DC-DC轉(zhuǎn)換器為鉛蓄電池充電。從而可以 省去原來的交流發(fā)電機(jī)。（如圖）

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Insight就未配備交流發(fā)電機(jī)（如圖）

使用充電電池和DC-DC轉(zhuǎn)換器，可以不必考慮發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速而為鉛蓄電池充電。原來的汽油發(fā)動機(jī)車，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低時，如果同時使用空調(diào)、立體聲及車 燈等，有時“電池的電量會用盡”。即使發(fā)動機(jī)仍在運(yùn)行，有些條件下也會出現(xiàn)電力不足現(xiàn)象。而如果像混合動力車和電動汽車這樣使用充電電池和DC-DC轉(zhuǎn)換器，便可不必考慮發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速而使用電力。

DC-DC轉(zhuǎn)換器（二）：保留鉛蓄電池

混合動力車和電動汽車按說也能省去鉛蓄電池，但實(shí)際上還是保留了鉛蓄電池（如圖）。Insight也保留了鉛蓄電池。這樣做有兩大原因。一是保留鉛蓄 電池更能夠降低整個車輛的成本。二是確保電源的冗余度。

鉛蓄電池能在短時間內(nèi)向空調(diào)、雨刷及車燈等釋放大電流。如果省去鉛蓄電池而將充電電池的電力用于補(bǔ)機(jī)類、空調(diào)及雨刷等，DC-DC轉(zhuǎn)換器的尺寸勢必就 要增大，從而使整體成本增加。鉛蓄電池便宜，因此目前將鉛蓄電池置換成充電電池還沒有成本上的優(yōu)勢。

二是鉛蓄電池還有確保向補(bǔ)機(jī)類供電的冗余度的作用。DC-DC轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)故障停止供電時，如果沒有鉛蓄電池，補(bǔ)機(jī)類就會立即停止運(yùn)行。夜間車燈不亮， 雨天雨刷停止運(yùn)行等，就會影響駕駛。如果有鉛蓄電池，便能夠?qū)⑵嚲徒_到家里或者工廠。

今后DC-DC轉(zhuǎn)換器功能改進(jìn)的方向之一是雙向化，現(xiàn)在使用的DC-DC轉(zhuǎn)換器只是單向改變電壓?，F(xiàn)在也存在要求雙向的需求。當(dāng)充電電池的電力不足 時，便可將鉛蓄電池的電力輸入充電電池，以備緊急之需。雙向化是今后將繼續(xù)探討的課題，這也是確保冗余度的方法。 TDK分代開發(fā)了DC-DC轉(zhuǎn)換器基本電路（平臺），如圖

其中包括2001年開始量產(chǎn)的“GEN3”（第3代）、2005年量產(chǎn)的“GEN4” （第4代）、2008年量產(chǎn)的“GEN4.5”（第4.5代）?，F(xiàn)在正在開發(fā)的是“GEN5”（第5代）。根據(jù)基本電路，制成符合各汽車公司要求的產(chǎn)品。

DC-DC轉(zhuǎn)換器不同的代規(guī)定了變壓器的種類及DC-DC轉(zhuǎn)換器電路的基本構(gòu)造。水冷/空冷、端子位置，主體形狀等根據(jù)采用車型進(jìn)行設(shè)計(jì)。基本構(gòu)造以 嚴(yán)酷環(huán)境下的空冷為前提設(shè)計(jì)。

按產(chǎn)品來看，轉(zhuǎn)換效率由第2代到第5代一直在提高（圖8）。電流為10A時，轉(zhuǎn)換效率分別為約84％（第2代）、約86％（第4代）、約89％（第 4.5代）。電流為70A時，轉(zhuǎn)換效率由約86％（第2代）提高到約88％（第4.5代）。預(yù)計(jì)下一代第5代將超過90％。（未完待續(xù)，特約撰稿人：近藤 朋之，TDK電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)集團(tuán)EV電源部部長）