本文由派克汉尼汾电气化产品经理 Jonah Leason 和产品销售经理 Tim Dobbin 撰写并贡献。

逆变器在电动汽车中发挥着至关重要的作用，它能够实现能量转换和扭矩控制，最终有助于提高效率和性能。你将了解到：

（1）逆变器在混合动力和全电动汽车中的应用方式。

（2）逆变器在实现各种牵引和工作功能方面发挥着作用。

（3）为什么逆变器对于实现效率和性能改进至关重要？

随着汽车行业对提升能源效率和性能的需求不断增长，电动汽车的发展也日益兴起，逆变器在公路和越野车辆中也变得越来越普遍。在纯电动和混合动力系统中，逆变器至关重要，因为它们可以将电池组的直流电 (DC) 转换为交流电 (AC) 来驱动电动机。

在商用车辆电动取力器 (ePTO)应用中，当液压系统实现电气化时，逆变器是按需控制液压流量，从而提高效率的关键因素。按需流量是指电机转速根据液压系统或用户的实际需求进行调整，从而有效减少能源浪费以及内燃机定量泵持续运行产生的热量。

根据具体应用，电气化系统节能效果已记录在20-30%甚至更高。其他优势包括减少机械磨损、降低运行噪音以及缩小热系统尺寸。

由于混合动力和纯电动汽车具有诸多优势，其普及率正在不断提升。因此，设计团队必须了解这些车辆中使用的逆变器和其他重要部件的工作原理，以及它们在车辆整体性能中发挥的作用。

逆变器的工作原理

逆变器从根本上实现了能量从一种形式到另一种形式的转换。在混合动力汽车和纯电动汽车中，逆变器将直流电转换为交流电，再转换为扭矩。电池中储存的能量提供直流电。逆变器将直流电转换为交流电，供电动机使用，电动机再将交流电转换为扭矩。逆变器也可以进行反向转换。

逆变器在混合动力和全电动汽车中的使用方式说明：电池提供直流电，逆变器将直流电转换为电压/频率可调的交流电，电机将交流电转换为机械扭矩，逆变器在需要时反转电流。

逆变器的核心是被称为MOSFET（场效应晶体管）或晶体管的小型电子器件，它们充当开关。通常，开关速度越快越好。在将直流电转换为交流电时，开关速度越快，意味着更少的能量以热量的形式损失，更多的能量用于产生扭矩。

降低热量可以最大限度地减少维持工作温度所需的冷却。当逆变器过热时，它会降低性能，以减少系统中限制寿命的压力。

逆变器的主要作用是控制扭矩，使电机转动，驱动车轮移动。精确的电流控制能够实现扭矩控制，这对于确保车辆的安全纵向控制尤为重要，可以防止车辆在起步或减速时发生意外或不良的移动，例如向前倾斜。

扭矩吸收能力对于限制速度也至关重要。此外，它有助于保护传动系统免受过大扭矩的影响，并防止逆变器产生过大电流。通过实时调节电机转速和扭矩，逆变器可以提升整体驾驶体验。

派克汉尼汾第二代全球车辆逆变器系列旨在为牵引和辅助功能提供增强的电机控制，以及改进的安全功能和更大的设计灵活性。

逆变器还能调节电压，这对于将电能回馈给车辆配电系统至关重要。具体来说，它们使用脉冲宽度调制 (PWM)来控制交流输出的频率和电压。PWM 的工作原理是快速打开和关闭直流电压，从而产生脉冲电压波形。通过调整这些脉冲的宽度来控制平均输出电压和频率。然后对产生的脉冲进行滤波，以产生更平滑、接近正弦波的交流输出。

逆变器通常集成反馈控制系统来监控输出电压和电流。这些系统会将实际输出与期望输出进行比较，并调整PWM控制，以确保即使输入电压或负载发生变化，也能保持稳定的电压和频率。

由于电动汽车 (EV) 中的电动机具有比内燃机 (ICE) 更宽、更灵活的速度范围（高达四倍）以及更宽的扭矩范围，因此实现这一目标的挑战更大。

如前所述，逆变器调节交流电的频率和幅度，从而直接控制电机的转速和扭矩。电动机可以从静止状态（0 RPM）提供瞬时扭矩，并在高转速下保持效率，这与内燃机能够维持的每分钟转速（RPM）范围较窄不同。

逆变器在调节电动机的速度和扭矩方面发挥着重要作用，从而提高车辆的性能和效率。

这种较宽的转速范围可实现平稳连续的加速和减速。然而，电机的效率并非在整个转速范围内恒定不变。通常在特定的转速范围内，电机的效率最高。

最终，逆变器在传动系统优化中发挥着重要作用。通过调节电机转速和扭矩，逆变器可以使电机在其最佳转速范围内运行。正确指定电机/逆变器的尺寸和参数后，可以调整电机/逆变器的尺寸，使其在常见或典型的工作点（例如巡航速度或峰值泵效率）下达到峰值效率。这可以优化能耗，延长车辆续航里程或减少充电停机时间。

逆变器能够确保在不同速度下提供适当水平的扭矩和功率，从而优化性能，最大限度地提高车辆的加速度和响应能力。

然而，暗示逆变器是扭矩管理的唯一关键部件可能会产生误导。除了车辆控制之外，永磁 (PM) 电机的尺寸对于电动汽车扭矩的有效管理也至关重要。永磁电机效率高（这意味着它们能够将大量电能转化为机械能），并且扭矩控制精准，这有助于提升电动汽车的整体性能和续航里程。转子中永磁体产生的磁场与定子绕组中的磁场相互作用，产生驱动车辆的扭矩。

逆变器在再生制动中的作用

很少有人考虑过典型的制动过程中会损失多少能量。机械制动极其浪费能量，大部分惯性能量都转化为热能。相比之下，再生制动（又称再生制动）的效率高达 98%。

再生制动是电动和混合动力汽车的一种功能，它可以捕获车辆减速时的动能，并将其转换为直流电，用于给电池充电。传统制动方式会将能量以热量、噪音和刹车粉尘（颗粒物）的形式损失，而再生制动可以回收大部分能量，从而提高整体效率、延长续航里程并减少制动系统的维护。

然而，如果没有逆变器，电动和混合动力汽车就无法实现再生制动。逆变器充当双向功率转换器，将产生的机械能转换回电能并储存在电池中。如果没有逆变器，就无法捕获和再利用再生制动期间产生的能量。正是由于逆变器的存在，混合动力和纯电动汽车才能够像今天这样节能。

派克汉尼汾

机械制动过程中，大部分动能以热量的形式损失。再生制动系统利用逆变器实现双向功率流动，捕获并储存这些能量，有助于提升车辆续航里程并减少刹车磨损。

逆变器对于混合动力和纯电动汽车的功能至关重要

随着混合动力和电动技术的采用率不断提高，逆变器因其在提高性能和能源效率方面发挥的重要作用，已成为多个行业各种技术文章和演示的焦点。

派克汉尼汾

逆变器在混合动力和纯电动汽车（用于公路和越野应用）的各种牵引和工作功能中发挥着至关重要的作用。图中是本文作者之一乔纳·利森（Jonah Leason），他正在派克汉尼汾的电子运动和控制制造工厂，与公司第二代全球车辆逆变器 (GVI) 一起展示。该逆变器采用紧凑的液冷封装，性能更佳，灵活性更高。

考虑逆变器负责的所有事情：

为主牵引电机提供动力，实现根据需求精确的速度和扭矩控制。

管理电动汽车和混合动力应用中制动过程中的能量产生和能量回收（再生）。

与传统液压系统相比，为电动液压泵提供动力，提供精确的控制和更高的效率。

增强对道路车辆的转向和 ePTO 的控制。

控制非公路应用中的物料处理和其他辅助工作功能。

实现液压流量的电子控制（以前由模拟系统处理），以提供更平稳、更增强的驾驶体验。

启用发动机关闭液压操作。

增强电液调节（包括效率、尺寸和电路调节）。

减少能量损失。

所有这些功能的好处包括减少排放和噪音，以及提高能源效率，以满足当今更为严格的环境标准。

分布式功函数和逆变器是未来电动汽车设计效率提升的关键

传统内燃机车是大型中央电源，连接多个水泵。在这种集中式架构下，需要大型电动机、逆变器和水泵来满足需求。

随着电气化技术的不断发展，车辆设计发生了翻天覆地的变化，几乎有无限可能。例如，电机、齿轮系和泵可以组合成一个动力装置。未来，风扇、压缩机、绞盘等部件也有望实现电气化。

随着电力变得更加本地化，将工作分配到更小的电气化系统将能够对特定电路的性能进行更严格的控制，从而提高移动设备的整体效率。

随着越来越多的原始设备制造商和运营商认识到动力系统电气化在提高能源效率方面的巨大潜力，汽车电气化正变得越来越流行。从最基本的层面上讲，逆变器在电气化过程中的作用是使电磁力产生扭矩。

逆变器是非公路车辆和公路车辆电气化以及显著提高能源效率的关键部件。此外，逆变器还能实现再生制动，从而帮助回收目前在机械制动中浪费的大部分能量。

电动液压系统提高了泵的放置灵活性，因为不再需要从设备上的传动系统（内燃机、变速器和传动系统）产生液压流，这为更加分散的架构打开了大门，从而实现了分布式电源和对特定组件的更精确的控制，以获得更高的性能和效率。

归根结底，效率才是最重要的，而逆变器是任何效率成功案例中的重要组成部分。

美国派克汉尼汾2020财年的年销售额为137亿美元，是运动与控制领域的先行者，为广大移动、工业和航空航天市场提供工程解决方案。公司在50个国家和地区开展业务。派克已连续64个财年增派其年度股东红利,在标准普尔500指数最长时间股息增加记录中名列前五。

通过公司宗旨：实现工程突破成就更好明天，派克明确其对世界的贡献。作为运动与控制领域的先行者，派克在改变世界的应用中发挥关键作用。

制胜战略以敬业的同事、客户体验、盈利性增长以及财务绩效四大目标为基础，将指引派克取得良好的财务绩效，在同类多元化工业企业中脱颖而出。