DC-DC轉換器（一）：提高電壓轉換效率

TDK已開始向混合動力車及電動汽車提供“DC-DC轉換器”。電動汽車充電電池的電壓高達數百伏。DC-DC轉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動發動機的輔機類、雨刷及前照燈等器件。

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

TDK的DC-DC轉換器于1997年實際應用于混合動力車。本田將在現行的“思域混合動力車”和新款Insight上采用（圖1）。還被部分海外廠 商應用于混合動力車。

Insight之所以采用TDK制造的DC-DC轉換器， 是因為能夠滿足小型與輕量化的要求。本田對Insight減小了包括DC-DC轉換器和逆變 器在內的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轉換器的小型化有利于擴大行李艙容量，降低成本。

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

省去交流發電機混合動力車及電動汽車導入DC-DC轉換器之后，可省去交流發電機。交流發電機利用發動機的旋轉 發電，發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轉換器為鉛蓄電池充電。從而可以 省去原來的交流發電機。（如圖）

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Insight就未配備交流發電機（如圖）

使用充電電池和DC-DC轉換器，可以不必考慮發動機的轉速而為鉛蓄電池充電。原來的汽油發動機車，當發動機轉速低時，如果同時使用空調、立體聲及車 燈等，有時“電池的電量會用盡”。即使發動機仍在運行，有些條件下也會出現電力不足現象。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轉換器，便可不必考慮發動機的轉速而使用電力。

DC-DC轉換器（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向空調、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機類、空調及雨刷等，DC-DC轉換器的尺寸勢必就 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勢。

二是鉛蓄電池還有確保向補機類供電的冗余度的作用。DC-DC轉換器出現故障停止供電時，如果沒有鉛蓄電池，補機類就會立即停止運行。夜間車燈不亮， 雨天雨刷停止運行等，就會影響駕駛。如果有鉛蓄電池，便能夠將汽車就近開到家里或者工廠。

今后DC-DC轉換器功能改進的方向之一是雙向化，現在使用的DC-DC轉換器只是單向改變電壓。現在也存在要求雙向的需求。當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探討的課題，這也是確保冗余度的方法。 TDK分代開發了DC-DC轉換器基本電路（平臺），如圖

其中包括2001年開始量產的“GEN3”（第3代）、2005年量產的“GEN4” （第4代）、2008年量產的“GEN4.5”（第4.5代）。現在正在開發的是“GEN5”（第5代）。根據基本電路，制成符合各汽車公司要求的產品。

DC-DC轉換器不同的代規定了變壓器的種類及DC-DC轉換器電路的基本構造。水冷/空冷、端子位置，主體形狀等根據采用車型進行設計。基本構造以 嚴酷環境下的空冷為前提設計。

按產品來看，轉換效率由第2代到第5代一直在提高（圖8）。電流為10A時，轉換效率分別為約84％（第2代）、約86％（第4代）、約89％（第 4.5代）。電流為70A時，轉換效率由約86％（第2代）提高到約88％（第4.5代）。預計下一代第5代將超過90％。（未完待續，特約撰稿人：近藤 朋之，TDK電力系統業務集團EV電源部部長）