混合動(dòng)力電動(dòng)汽車中電力電子技術(shù)概述

張凱娟

摘 要：當(dāng)前，世界汽車產(chǎn)業(yè)正處于技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)大調(diào)整的發(fā)展時(shí)期，安全、環(huán)保、節(jié)能和智能化成為汽車界共同關(guān)心的重大課題。本文綜述了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的發(fā)展和基本結(jié)構(gòu)，介紹了電力電子技術(shù)在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車上的具體應(yīng)用情況，并結(jié)合混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的實(shí)際情況，提出了需要重點(diǎn)解決的問題。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力；電動(dòng)汽車；功率電子；交流驅(qū)動(dòng)；逆變器

一、相關(guān)概述

電力電子技術(shù)是研究應(yīng)用電力半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)電能變換和控制的學(xué)科，它是一門由電子、電力半導(dǎo)體器件和控制三者相互交叉而出現(xiàn)的新興邊緣學(xué)科。它研究的內(nèi)容非常廣泛，主要包括電力半導(dǎo)體器件、磁性材料、電力電子電路、控制集成電路及由其組成的電力變換裝置。目前，電力電子學(xué)研究的主要方向是：電力半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)、測(cè)試、模型分析、工藝及仿真等；電力開關(guān)變換器的電路拓?fù)?、建模、仿真、控制和?yīng)用；電力逆變技術(shù)及其在電氣傳動(dòng)、電力系統(tǒng)等工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用等。

電動(dòng)汽車（EV）作為清潔、高效和可持續(xù)發(fā)展的交通工具，既對(duì)改善空氣質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境具有重大意義，又對(duì)日益嚴(yán)重的石油危機(jī)提供了解決方法。同時(shí)，電動(dòng)汽車作為電力電子技術(shù)的一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域，涵蓋了DC/DC和DC/AC的全部變換，是實(shí)用價(jià)值非常高的運(yùn)用領(lǐng)域。

二、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車簡(jiǎn)介

當(dāng)前，世界汽車產(chǎn)業(yè)正處于技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)大調(diào)整的發(fā)展時(shí)期，安全、環(huán)保、節(jié)能和智能化成為汽車界共同關(guān)心的重大課題。為了使人類社會(huì)和汽車工業(yè)持續(xù)發(fā)展，世界各國(guó)尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家和部分發(fā)展中國(guó)家都在研究各種新技術(shù)來改善汽車和環(huán)境的協(xié)調(diào)性。

電動(dòng)汽車作為21世紀(jì)汽車工業(yè)改造和發(fā)展的主要方向，目前已從實(shí)驗(yàn)室開發(fā)試驗(yàn)階段過渡到商品性試生產(chǎn)階段，世界上許多知名汽車廠家都推出了具有高科技水平的安全或環(huán)保型概念車，目的是為了引導(dǎo)世界汽車技術(shù)的潮流。

（一）各種類型電動(dòng)汽車特點(diǎn)及其發(fā)展

根據(jù)動(dòng)力源不同，電動(dòng)汽車大致可分為三類：蓄電池電動(dòng)汽車或純電動(dòng)汽車（Battery Electric Vehicle），以氫氣為能源的燃料電池電動(dòng)汽車（Fuel Cell Electric Vehicle）和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（Hybrid Electric Vehicle）。

純電動(dòng)汽車是單獨(dú)依靠蓄電池供電的，但目前動(dòng)力電池的性能和價(jià)格還沒有取得重大突破，因此，純電動(dòng)汽車的發(fā)展沒有達(dá)到預(yù)期的目的。

燃料電池電動(dòng)汽車具有能量轉(zhuǎn)化率高、不污染環(huán)境、使用壽命長(zhǎng)等不可比擬的優(yōu)勢(shì)。但由于目前燃料電池技術(shù)和研究還沒有取得重大突破，燃料電池電動(dòng)汽車的發(fā)展也受到了限制。

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是同時(shí)采用了電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)作為其動(dòng)力裝置，通過先進(jìn)的控制系統(tǒng)使兩種動(dòng)力裝置有機(jī)協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)最佳能量分配，達(dá)到低能耗、低污染和高度自動(dòng)化的新型汽車。自1995年以來，世界各大汽車生產(chǎn)商已將研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的研究和開發(fā)，日本、美國(guó)和德國(guó)的大型汽車公司均開發(fā)了包括轎車、面包車、貨車在內(nèi)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。

以作為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車研發(fā)前沿的豐田汽車公司為例，所開發(fā)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車已達(dá)到實(shí)用化水平，自1997年所推出的世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車Prius開始，其后又在2002年推出了混合動(dòng)力面包車，該車混合動(dòng)力系統(tǒng)采用了世紀(jì)首次批量生產(chǎn)的電動(dòng)四輪驅(qū)動(dòng)及四輪驅(qū)動(dòng)力/制動(dòng)力綜合控制系統(tǒng)。2003年，豐田又推出了新一代Prius，也被稱為“新時(shí)代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)統(tǒng)--THS II”，節(jié)能效果可達(dá)到100km油耗不足3L。從2004年開始，豐田公司向歐洲市場(chǎng)推出了一款新的Lexus RX 型豪華混合動(dòng)力轎車，豐田公司計(jì)劃2012年全部采用汽油電力混合發(fā)動(dòng)機(jī)，以提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放污染。

（二）混合動(dòng)力電動(dòng)汽車分類及特點(diǎn)

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的不同組合工作方式，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車主要可以分為3類：串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式。

在串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)中，由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，利用發(fā)出的電能由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪，即發(fā)動(dòng)機(jī)所發(fā)出的動(dòng)能全部要先轉(zhuǎn)換成電能，利用這一電能使車輛行駛。

并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)采用的是發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪，根據(jù)情況來運(yùn)用這兩個(gè)動(dòng)力源，由于動(dòng)力源是并行的，故稱為并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)。

混聯(lián)式也稱串并聯(lián)式，它可以最大限度地發(fā)揮串聯(lián)式與并聯(lián)式的各自優(yōu)點(diǎn)，工作時(shí)，利用動(dòng)力分配器分配發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力： 一方面直接驅(qū)動(dòng)車輪，另一方面自主控制發(fā)電。由于要利用電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，所以與并聯(lián)式相比，電動(dòng)機(jī)的使用比率增大了。

三、結(jié)語

本文綜述了電力電子技術(shù)在混合電動(dòng)汽車中的應(yīng)用情況，提出了需要重點(diǎn)考慮并解決的技術(shù)問題。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在商業(yè)化電動(dòng)汽車中得到廣泛應(yīng)用，而開發(fā)研制采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，已經(jīng)汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。隨著人類對(duì)生存環(huán)境要求的提高，合理利用能源意識(shí)的增強(qiáng)，作為一種污染小和高效率的現(xiàn)代化交通工具，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車將得到全面的發(fā)展和應(yīng)用。endprint