目录
1、电动汽车与汽油动力车的区别
2、变频器
3、变频器内元件
3.1、汽车变频器的组成和功能
3.1.1、电容器
3.1.2、变频器控制单元
3.1.3、逆变桥驱动单元
3.1.4、逆变桥单元
3.2、汽车上变频器的组成和功能
3.2.1、DC/DC升压转换器。
3.2.2、DC/DC降压转换器。
3.2.3、电动空调压缩机变频器
3.2.4、电动转向机变频器
4、纯电动汽车变频器的功能是什么
5、电动汽车变频器特点
6、比亚迪E6电动汽车变频器
7、变频器和BMS的关系
8、技术要点
1、电动汽车与汽油动力车的区别
汽油动力车和电动汽车（EV，Electric Vehicle）的区别究竟在哪里呢？
首先，电动汽车是由电而不是发动机驱动的，因此几乎没有与发动机相关的零件。在电动汽车中，不需要发动机、变速器、汽油罐、燃料管道、燃料泵、燃料喷射装置、点火装置（火花塞）、进排气管、汽车尾气净化器以及消除废气噪声的消音器等零件。
代替它们的是一些电气元件，具体来说就是用电产生旋转力的电动机、储存电的蓄电池、用于控制的变频器和充电器等零件（图1-1）。
图 1-1 电动汽车的构成
图 1-2 汽油动力车和电动汽车（EV）的不同
从踩下加速踏板到轮胎开始转动。电动汽车将电流从变频器输送到电动机，从而产生旋转力。
电动机根据蓄电池送来的电量加减转速，随后旋转力被传递到轮胎驱动汽车。再稍稍踩下加速踏板时，电量就会增加，电动机的转速也会逐渐提高，从而加快汽车的行驶速度。
电动汽车依靠加减电功率发动和加速。电功率是用瓦特（W）表示的值，等于电压（V，伏特）与电流（A，安培）的乘积。如果在电功率相同的情况下提高电压，电流就会减小，电阻也随之减小，这样就能高效地输送电流。因为发动沉重的电动汽车需要很大的力，所以在汽车发动时需要提高电压。虽说如此，但也不能无限度地提高电压，因此随后就要在调整电压和电流的同时调整电功率，使电动汽车达到最高效的行驶状态。在驱动电动汽车行驶的技术中，电功率的控制起着关键性的作用。
2、变频器
整流和逆变是一个互逆的过程。
整流是把交流变成直流的装置。整流器种类有单管单相半波整流器、四管单相全桥整流器、六管三相全桥整流器。
逆变器是把直流变成交流的装置。种类有单管单相逆变器、四管单相全桥逆变器、六管三相全桥逆变器。电动汽车电动机为三相全桥逆变器，按导通控制分为两两导通和三三导通两种。
工业变频器是将三相或单相交流电先经整流桥整流成直流，再经逆变桥转成交流。电动汽车电源本身就为直流，所以，仅是一个逆变过程，不过人们习惯也讲逆变器称为变频器。
3、变频器内元件
3.1、汽车变频器的组成和功能
3.1.1、电容器
逆变桥的直流输入端并联有大容量的电容器，可以在放电阶段提供储能器的作用，由于直流放电电容没有内阻，可使电动机加速更快。在充电阶段，可减小大电流对蓄电池的负面作用，还有滤波效果。
3.1.2、变频器控制单元
变频器控制单元接收来自纯电动汽车整车控制单元或混合动力汽车控制单元通过CAN总线发送过来的电动机转矩需求信号，根据电动机转子转速信号、电动机转子位置信号和三相电动机各相电流信号产生驱动逆变桥驱动单元的定时弱信号。
变频器控制单元 变频器控制单元的核心是数字信号处理器（Data Signal Processor，DSP），作用是从混合动力控制单元（HV-ECU）或纯电动汽车控制单元（EV-ECU）接收収送过来的转矩信号，数字信号处理器（DSP）根据汽车电动机反馈的转速和相电流信号，输出控制电动机达到控制目标的控制脉冲来驱动智能逆变桥（IPM）。
如图3-1所示为一汽BEV传电动汽车逆变器总成图。
图 3-1 一汽BEV传电动汽车逆变器总成
3.1.3、逆变桥驱动单元
图3-2所示为驱动单元和逆变桥。接收来自变频器控制单元的定时弱信号，将这个信号转换成能驱动逆变桥的15V正脉冲，或5~10V负脉冲。
图 3-2 驱动单元和逆变桥
3.1.4、逆变桥单元
逆变桥单元图3-3所示为驱动单元和双单元IGBT模块。逆变桥单元由三个双单元IGBT模块组成，它把直流变成三相交流，给三相永磁直流无刷电动机供电。若逆变桥出现故障，如欠电压保护、过电压保护、过电流保护、过温保护、短路保护信号时，IPM通过串行故障输出端口传送给逆变器控制器。
图 3-3 驱动单元和双单元IGBT模块
3.2、汽车上变频器的组成和功能
3.2.1、DC/DC升压转换器。
为了降低成本，同时提高蓄电池组的可靠性，设计上通常要减少蓄电池串联的数目，导致蓄电池总电压降低，电动机效率下降。为了提高电动机的效率，通常要采用升压DC/DC将低电压升压为高电压，再 经逆变器把高压直流变成三相交流电。
3.2.2、DC/DC降压转换器。
混合动力汽车或纯电动汽车由于没有12V发电机，因此，需要通过DC/DC将蓄电池由高压等级降压为12V等级为12V铅酸蓄电池充电，12V蓄电池为全车电气系统供电。降压DC/DC的功率元件为了共用散热器装在驱动电动机的逆变器内部。也有汽车将降压DC/DC的功率元件布置在逆变器外部，这样的冷却系统是将逆变器、电动机、DC/DC、电动况却液循环泵和散热器等串联。
3.2.3、电动空调压缩机变频器
电动汽车空调压缩机采用电动机驱动，一般直接用高压蓄电池电压，不用再像驱动电动机那样升压。电动空调压缩机变频器如图3-4所示。
图 3-4 电动空调压缩机变频器
3.2.4、电动转向机变频器
汽车上的12V变频器有电动转向机电动机采用的变频器，因电动转向机电动机功率较小，所以变频器的逆变桥和控制单元体积都较小。以后的36V（也称42V）系统可能会代替12V给电动转向机供电。
4、纯电动汽车变频器的功能是什么
变频器有两个功能。一个功能是转换直流电和交流电，另一个是根据电器的工作状况精确调整电功率。
直流电和交流电的交换。
电动汽车是由储存在蓄电池里的电来驱动的，蓄电池放出的电是直流电，而电动汽车上的电动机是由交流电带动的。因此，在将蓄电池放出的直流电直接接入电动机之前，要利用变频器将其转换成交流电。
电功率的调整。
电动汽车的变频器与家用的变频空调理念相同。变频器不仅能够切换电源开关，还能根据电器的工作情况调整电功率。
过去的家用空调，要么打开，要么关上，也就是说只能选择开和关的其中一个。变频空调出现后，就能通过改变交流电频率调整电功率，从而调节空调的工作情况，即空调能够按照设定好的温度工作。变频空调作为节能空调，与一旦开始就只能最大限度工作的旧式空调完全不同。
电动汽车也能通过变频器控制电功率来改变电动机的转速，调整加速的过程。当改变了电动汽车中电动机的转速时，变频器也会改变交流电的频率，使蓄电池放出的电量发生变化。频率升高，放出的点亮也会增加，从而带动电动汽车加速。
TESLA的电动汽车，里面的驱动电机是交流电的。采用直流电池供电，通过变频器将直流转成交流电，然后驱动电机。通过控制变频器的频率，就可以实现汽车的提速和减速。另外，传统的汽车都是通过摩擦减速，将汽车的动能转化为热能。电动汽车在减速时，汽车轮胎的转速要超过交流电在定子里的磁场的转速。此时，电动机变成发电机，发的电是交流电，通过变频器上IGBT的续流二极管整流把电流倒灌到电池组里，这样实现了减速，同时这一部分动能也不会白浪费，而是有一部分实现了电能回收。
如图所示，电动汽车电池组为整个电机驱动控制系统提供直流电源，直流进入变频器逆变成三相交流电给汽车电机供电，汽车电机带动轴承旋转实现电动汽车的移动，电机控制器接收电机转速等信号反馈到仪表，当发生制动或者加速行为时，控制器控制变频器频率的升降，从而达到加速或者减速的目的。
5、电动汽车变频器特点
电动汽车电源是蓄电池，蓄电池供电的特点是电压波动大，内阻大。以一组锂离子电池为例，其开路电压随其放电率可以从400V降到320V；当负荷输出为80kW时，在常温下，端电压将降至266V。在低温时，电池容量会降低，内阻增大，0℃时的电阻比25℃时大2倍多。因此低温运行时，电压还会进一步降低。因此逆变器设计时，必须考虑在这样的直流电源波动下仍能输出最大所需的逆变电压及功率。同时要研究一些能使逆变器输出电压得以提高的PWM技术。
6、比亚迪E6电动汽车变频器
比亚迪E6纯电动MPV车型采用多功能变频器，其内部结构原理如图6-9所示，图中除电动机和充电口外的结构为比亚迪E6电动汽车变频器原理图，其功能如下：
（1）实现直流变三相交流以驱动电动机。
（2）实现将外界的单相或三相交流电转化为直流电给蓄电池充电。
（3）实现将蓄电池的直流电转化为交流电为充电口的交流用电设备供电，起移动充电站的作用。
图中RS ~RS14为继电器开关（Relay Switch），R为蓄电池给变频器供电的继电器，R为蓄电池充电继电器。
图 3-5 比亚迪E6电动汽车变频器
7、变频器和BMS的关系
如图，把直流电转变成交流电的设备叫做「逆变器」，「逆变器」是电动汽车上最重要的零件之一，因为电机也是需要交流电驱动的。
这个驱动电机的「逆变器」叫做MCU（Motor Control Unit）也就是电机控制器，它不仅可以将直流电变成交流电，更重要的是能精准控制输出功率，进而控制电机的动力输出。
BMS与MCU之间的联系如图3-5所示。纯电动车中的大三电一般指的是动力系统部分的控制器。纯电动车的动力来源于动力电池。
图 3-5 “三电”关系图
即将动力电池中的电，用来驱动图中的驱动电机。当然，为了延长续航里程，需要尽可能将电池中的电传输给电机，提升效率。
尽管直流电机是可以直接使用直流电控制，但相比于交流电机，直流电机输出效率比较低，而且因为有机械摩擦的问题，可靠性和稳定性都不如交流电机。所以一般驱动电机都选用交流电机。这就需要直流转交流的控制器，即图中的MCU（motor controlunit，电机控制单元）。它的作用就是接收加速减速急停等命令以后，控制电机，从而稳定和及时的响应。这就是MCU最主要的工作职责。
8、技术要点
MCU是电机控制器，即动力输出。通俗点说，就是你要加速他让电机转得快一些，要刹车他能让电机转的慢一点。
所以，他有如下特点：
（1）响应快，这个很容易理解，但其实不好做，因为工况比较复杂。举一个简单的例子就能感觉到。同样是加速，有的发生在平地，有的发生在上坡，有的发生在下坡。平地和上坡都还好，因为是克服阻力。但是发生在下坡时就比较尴尬了，因为有个重力分量，不仅有控制器给电机施加力量，也有地球引力在拉着它。有时候坡度较大，如果控制不好，会有比较强的顿挫感，这在驾驶时就比较吓人了。所以电机控制器的算法是比较难的，要平稳，低调才行。
（2）稳定可靠。这个也好理解，但是做起来也很头疼，因为这里都是大功率，电流电压什么的很容易来一个尖峰之类的，还有发热对器件的影响，这些都需要认真考虑。要保证MCU稳定运行。
（3）紧急情况。这个分几种，一种是车辆遇到紧急情况，电机做出及时的响应，这里因为是动力，响应一定要及时；第二种就是内部故障，比如某个大功率器件出现了问题，这个MCU本身就是工作不正常了，也要及时作出响应。
（4）架构和成本。为了降本，电机控制器需要做一些简化，这就要从整车角度去考虑了，有时候会将电机和MCU做成一体的，这样可以有效节省空间和降低成本，同时在硬件设计和软件设计时要坐下来一块讨论讨论整体架构，才能最初最合适的设计出来。
此外，还有3个问题应在设计时加以注意并采取相应措施：
一是在低电池电压下，要把蓄电池的全部能量都用上时，要有输出功率的限制措施；
二是在电池满充电时，特别是在低温下，对再生制动转矩要加以限制，以防止引起大的电压升高；
三是要考虑到电池的充放寿命周期对电池的功率及内阻造成的影响。即使是使用锂离子电池，在1000次充放电周期之后，电池容量也会降到80%。
