拆解日产Note e-POWER逆变器：构造太简洁了

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e-POWER是日产自主研发的混合动力系统，属于串联式混合动力系统范畴。本次拆解分析将围绕串联式混合动力系统的核心特性展开，同时深入探究逆变器内部电路结构，剖析其如何支撑串联式混合动力系统特性的实现。

工作原理解析

首先对e-POWER所采用的串联式混合动力系统进行原理阐释。基于该系统架构绘制的示意图显示，e-POWER系统由发动机、发电电机、两台逆变器、蓄电池及驱动电机构成。该系统的核心特征在于发动机仅承担发电功能，不直接参与驱动车轮，其作用是带动发电电机运转。本质而言，串联式混合动力系统可视为搭载了车载发电机的电动汽车，这是其核心设计理念。

下文结合系统架构示意图，对多种运行模式下的能量流转过程进行详细说明。该系统包含电动汽车纯电运行模式、发电机工作模式等多种运行状态，具体如下：

1.蓄电池直供驱动模式：由蓄电池直接向驱动电机供电，此为典型的电动汽车行驶状态，即常规运行模式；

2.再生制动模式：车辆行驶过程中制动时，系统会回收车辆的动能与势能，并将其反馈至蓄电池，实现蓄电池的充电；

3.发动机运行模式：在此模式下，与发动机连接的发电电机可运转以完成对蓄电池的充电；同时，发电电机产生的电能也可在为蓄电池充电的同时，直接供给驱动电机。此外，当电机处于再生模式时，存在双重能量回收充电的情况：一方面车轮将能量反馈至蓄电池，另一方面发动机也可通过发电电机为蓄电池充电。

串联式混合动力系统因发动机仅专注于发电，具备显著优势：发动机可始终运行在热效率最优的转速与负载区间。由于发动机的燃油消耗受转速和负载条件影响较大，e-POWER系统通过将发动机产生的电能分配至蓄电池或直接供给驱动电机，确保发动机持续处于最优性能区间，进而实现较高的热效率，最终达成优异的燃油经济性。

与此同时，该系统也存在一定局限性：在高速行驶工况下，其燃油经济性可能低于其他类型的混合动力系统。具体分析如下：城市道路行驶时，车辆最高时速通常在60公里/小时左右，且存在大量启停工况，此时车辆可完全依靠蓄电池供电行驶，发动机得以维持在最优性能区间运行；而在高速行驶时，空气阻力显著增大，车辆无法仅依赖蓄电池供电，需由发动机发电驱动车辆。在此过程中，能量流转路径为：发动机驱动发电电机产生电能，电能经逆变器转换为直流电后，传输至另一台驱动电机专用逆变器，最终供给驱动电机。

该能量流转过程中存在多处能量损耗：首先是发电电机本身的损耗；其次是与发电电机连接的逆变器产生的损耗；随后电能经过驱动电机逆变器时会产生进一步损耗；最后，驱动电机驱动车轮运转时也会存在能量损耗，整体能量损耗相对明显。

与其他厂商混合动力系统的对比

以丰田汽车所采用的丰田混合动力系统Ⅱ（Toyota Hybrid System II）为例，该系统采用串并联式结构，发动机动力可通过动力分配机构传递至驱动轴，直接驱动车辆行驶；本田的e:HEV并联式混合动力系统则通过离合器实现发动机与驱动轴的直接连接；而日产的串联式混合动力系统中，发动机无法直接与驱动轴连接，这一结构差异导致其在上述能量流转过程中存在更大的能量损耗，且该系统损耗直接体现在车辆燃油经济性数据上。

根据厂商公布的燃油经济性数据对比：日产e-POWER车型在WLTC工况下的燃油经济性为28.4公里/升，在高速工况下为27.1公里/升，均略低于搭载其他混合动力系统的同级别紧凑型车型。

逆变器拆解与内部结构分析

本次拆解的逆变器取自2023年4月生产的日产Note车型，属于较新型号产品。从顶部观察，可识别出驱动用锂离子蓄电池的连接端子，屏幕右侧为连接电机或发电机的母线排。该逆变器在拆解前已从车辆上拆卸，暂无法完全确定其原始连接对象为电机还是发电机。调整观察角度后，可看到冷却液进出水口，具体进出水方向需结合车辆运行状态或维修手册进一步确认。翻转至背面，同样可见一条母线排，该母线排同样用于连接电机或发电机。

拆除底部盖板后，可见黑色树脂材质的松下（Panasonic）薄膜电容器。为便于拆解，已预先移除所有妨碍操作的连接线缆，可直接取出薄膜电容器进行后续拆解分析。

在分析单个部件之前，先对逆变器整体结构进行概述。从逆变器内部取出的核心组件为薄膜电容器与母线排的组合体，内部包含两条铜质母线排，均与薄膜电容器相连。薄膜电容器的主要作用是为电机和发电机提供瞬时电流。与锂离子蓄电池连接的母线排始终带有电压，通过与内部其他组件连接实现电压供给。将电容器母线排取出后重新安装，可观察到其通过两个连接点与其他组件对接。

与母线排对接的核心组件为功率半导体。逆变器内部设有两组堆叠式印刷电路板，电路板下方为功率半导体。印刷电路板上的电路主要功能是控制功率半导体，进而调节供给电机和发电机的电流，实现对车辆加速、减速、发电、蓄电池充放电及发动机制动等功能的控制。两组印刷电路板与功率半导体在外观上高度相似，推测可能采用完全相同的组件，后续将进一步验证。

功率半导体处理后的电压通过两条母线排传输，该母线排用于实现功率半导体与外部发电机、电机的连接。与母线排集成的树脂部件上附着有柔性印刷电路板，其主要作用大概率是传输电流传感器的信号。

电路图中红色高亮部分对应前文观察的逆变器内部结构，蓄电池位于逆变器外部，通过端子与逆变器连接。逆变器内部包含控制电路和两组功率半导体模块，两组模块分别与发电电机和驱动电机连接。电路图中所有电流的流转均通过母线排实现，构成了逆变器的基本结构。结合实际拆解的逆变器及电路图可见，其整体构造相对简洁。

母线排的能量流转过程

基于逆变器结构，结合假设场景（左侧电路连接驱动车轮的驱动电机，右侧电路连接与发动机关联的发电电机），对电流流转过程进行分析：

1.发动机不运行工况：蓄电池输出的电能经连接端子进入驱动电机，驱动车辆行驶。实际能量转换过程为：蓄电池输出的直流电进入逆变器，经逆变器转换为交流电后，通过母线排传输至驱动电机。制动再生时，能量从电机反馈至蓄电池。

2.发动机运行且发电机工作工况：发电电机产生的电压经功率半导体处理后，在发电侧母线排进行能量交换，具体分为多种模式：一是发电机为蓄电池充电模式，该模式常见于车辆滑行或静止状态；二是车辆行驶减速工况，此时发电电机产生的能量与驱动电机的再生能量同时为蓄电池充电；三是发电机为蓄电池充电的同时驱动电机运行工况；四是发电机与蓄电池协同为驱动电机供电工况，该工况常见于急加速场景；五是发动机发电直接驱动车辆工况，通常在蓄电池电量较低或高速行驶时触发。

需特别说明的是，日产Note e-POWER车型未配备启动电机，其发动机启动功能由发电机承担——发电机在启动阶段充当电机角色，驱动发动机运转。

此外，针对长下坡路段的再生制动特殊场景进行分析：长下坡过程中持续再生制动将使蓄电池逐渐充满，此时再生制动功能停止。为避免车辆因势能作用加速，系统设计了特殊能量流转机制：驱动电机切换为发电机模式，发电电机切换为电机模式，由切换为电机模式的发电电机强制带动发动机运转，实现发动机制动。此过程中发动机不喷射燃油，燃油消耗为零；若发电机与发动机协同实现的发动机制动力度不足，剩余制动需求则由脚刹承担，脚刹通过将能量转化为热能完成制动。

电容器与母线排细节分析

本次拆解的电容器为松下薄膜电容器，其额定参数为450V、1010μF，该型号电容器在汽车领域应用较为广泛。将母线排拆解后发现，其采用两层叠合结构，可分离设计，该结构的核心目的是最大限度降低母线排的电感。两层母线排之间采用绝缘纸进行绝缘，该绝缘纸质地坚韧，不易撕裂，推测其结构为中间夹塑料层的复合纸，绝缘性能主要由中间塑料层提供。

对比此前拆解的现代IONIQ 5车型逆变器，其内部同样采用绝缘纸进行母线排绝缘，两者绝缘方式高度相似，但两款车型逆变器的电压等级存在差异：日产Note逆变器为400V级，现代IONIQ 5逆变器为800V级。不同厂商的逆变器母线排绝缘方式存在差异，部分逆变器采用树脂绝缘，例如第五代丰田普锐斯（ZVW60）动力控制单元中的薄膜电容器，其母线排采用树脂绝缘，通过在一条母线排上开设孔洞，使另一条母线排穿过孔洞形成三维结构。该结构因空间布局复杂，无法采用绝缘纸绝缘，故选择树脂绝缘；而日产Note逆变器内部布局平整，因此采用绝缘纸绝缘，体现了厂商根据产品结构合理选择材料的设计思路。

进一步观察发现，上下两层母线排存在结构差异：上层母线排为平整铜片，下层母线排设有凸起结构。该凸起结构的作用是在母线排螺栓连接时提供稳固的定位，以适应车辆行驶过程中的剧烈振动环境。

PCB与功率半导体分析

拆除母线排后，可观察到印刷电路板的安装结构：最底部为功率半导体模块，上方堆叠两组印刷电路板。如前文所述，印刷电路板的核心功能是控制功率半导体。上层电路板搭载东芝（Toshiba）微控制器，从布局判断其为控制板，背面安装有多种组件，包括多摩川精机（Tamagawa Seiki）的旋转变压器集成电路（Resolver IC）；下层电路板为栅极驱动板，背面安装有栅极驱动集成电路，型号为BM60060，由罗姆（Rohm）生产。

上层控制板搭载的东芝微控制器基于ARM内核。在汽车用微控制器领域，英飞凌（Infineon）、瑞萨（Renesas）等品牌应用较为广泛，而东芝同样具备汽车级微控制器的研发与生产能力。本次拆解的功率半导体为三菱电机（Mitsubishi Electric）的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）模块，型号为CT700CJ1A060，模块背面设有铝制散热片，采用直接水冷方式冷却。该模块为6合1汽车专用IGBT功率模块，额定参数为650V、700A，属于高规格组件。

值得注意的是，该级别车型未采用碳化硅SiC MOSFET，而是选择硅基IGBT，核心目的是控制成本。对两组堆叠式印刷电路板及功率半导体模块进行对比验证，确认两组组件完全相同。推测日产采用该设计的原因是：日产Note车型销量较大，通过组件标准化可有效降低生产成本；同时，标准化组件可适配其他日产e-POWER车型，提升零部件通用性。

母线排与电流传感器结构

IGBT模块三相侧连接的母线排上安装有电流传感器，该传感器可轻松拆卸，且两组母线排上的电流传感器完全相同，可互换安装。拆解电流传感器后发现，其内部包含三个铁芯，内置电路板同样可便捷拆卸。从结构判断，该电流传感器采用霍尔元件检测电流：每个铁芯中央设有开口，霍尔元件嵌入开口处。由于电机工作频率仅为数百赫兹，铁芯采用金属材质即可满足电流检测需求。两组母线排上的电流传感器在设计结构与组件配置上完全一致，进一步体现了日产在零部件标准化方面的设计思路。

功率模块冷却设计

拆除IGBT功率模块后，可观察到冷却液通道结构，其设计特点是冷却液进入后沿同一水平面流动。结合逆变器外部结构，冷却液进出水口均位于壳体顶部。壳体上设有凸起结构，经识别为温度传感器。关于冷却液具体流向，推测其优先冷却电机侧IGBT模块，再流向另一组模块，原因是电机侧IGBT运行时间更长，发热更为持续，优先冷却可确保其工作稳定性。

假设冷却液从一侧进入，其流转路径为：首先进入对应通道，沿盖板背面流动，流经IGBT散热片完成热量交换，实现冷却；随后从该侧出口流出，转向另一侧通道，流经另一组IGBT散热片进行冷却，最终从出口排出。

不同厂商的逆变器采用不同的冷却设计方案，例如部分逆变器在铝制壳体上加工凹槽，使冷却液流经凹槽，冷却壳体另一侧的组件。日产Note逆变器因设计简洁、组件数量相对较少，冷却系统仅需针对IGBT模块进行冷却即可满足散热需求。

总 结

本次通过对日产Note e-POWER逆变器的拆解分析，验证了基于串联式混合动力系统的逆变器设计预期：由于e-POWER系统采用串联式结构，其逆变器整体构造相对简洁。与丰田普锐斯逆变器相比，简洁性特征更为显著——丰田普锐斯逆变器包含升压电路等多种组件，结构复杂度更高。

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内容转载自微信公众号「汽车开发圈」（ID:AutoDevelopers），作者：DENKI OTAKU

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