混合動力電動汽車中電力電子技術概述

張凱娟

摘 要：當前，世界汽車產(chǎn)業(yè)正處于技術革命和產(chǎn)業(yè)大調(diào)整的發(fā)展時期，安全、環(huán)保、節(jié)能和智能化成為汽車界共同關心的重大課題。本文綜述了混合動力電動汽車的發(fā)展和基本結構，介紹了電力電子技術在混合動力電動汽車上的具體應用情況，并結合混合動力電動汽車的實際情況，提出了需要重點解決的問題。

關鍵詞：混合動力；電動汽車；功率電子；交流驅動；逆變器

一、相關概述

電力電子技術是研究應用電力半導體器件實現(xiàn)電能變換和控制的學科，它是一門由電子、電力半導體器件和控制三者相互交叉而出現(xiàn)的新興邊緣學科。它研究的內(nèi)容非常廣泛，主要包括電力半導體器件、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，電力電子學研究的主要方向是：電力半導體器件的設計、測試、模型分析、工藝及仿真等；電力開關變換器的電路拓撲、建模、仿真、控制和應用；電力逆變技術及其在電氣傳動、電力系統(tǒng)等工業(yè)領域中的應用等。

電動汽車（EV）作為清潔、高效和可持續(xù)發(fā)展的交通工具，既對改善空氣質(zhì)量、保護環(huán)境具有重大意義，又對日益嚴重的石油危機提供了解決方法。同時，電動汽車作為電力電子技術的一個新的應用領域，涵蓋了DC/DC和DC/AC的全部變換，是實用價值非常高的運用領域。

二、混合動力電動汽車簡介

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

電動汽車作為21世紀汽車工業(yè)改造和發(fā)展的主要方向，目前已從實驗室開發(fā)試驗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，目的是為了引導世界汽車技術的潮流。

（一）各種類型電動汽車特點及其發(fā)展

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

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

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

混合動力電動汽車是同時采用了電動機和發(fā)動機作為其動力裝置，通過先進的控制系統(tǒng)使兩種動力裝置有機協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)最佳能量分配，達到低能耗、低污染和高度自動化的新型汽車。自1995年以來，世界各大汽車生產(chǎn)商已將研究的重點轉向了混合動力電動汽車的研究和開發(fā)，日本、美國和德國的大型汽車公司均開發(fā)了包括轎車、面包車、貨車在內(nèi)的混合動力電動汽車。

以作為混合動力電動汽車研發(fā)前沿的豐田汽車公司為例，所開發(fā)的混合動力電動汽車已達到實用化水平，自1997年所推出的世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動力電動汽車Prius開始，其后又在2002年推出了混合動力面包車，該車混合動力系統(tǒng)采用了世紀首次批量生產(chǎn)的電動四輪驅動及四輪驅動力/制動力綜合控制系統(tǒng)。2003年，豐田又推出了新一代Prius，也被稱為“新時代豐田混合動力系統(tǒng)統(tǒng)--THS II”，節(jié)能效果可達到100km油耗不足3L。從2004年開始，豐田公司向歐洲市場推出了一款新的Lexus RX 型豪華混合動力轎車，豐田公司計劃2012年全部采用汽油電力混合發(fā)動機，以提高燃油經(jīng)濟性和降低排放污染。

（二）混合動力電動汽車分類及特點

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

在串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)中，由發(fā)動機驅動發(fā)電機，利用發(fā)出的電能由電動機驅動車輪，即發(fā)動機所發(fā)出的動能全部要先轉換成電能，利用這一電能使車輛行駛。

并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)采用的是發(fā)動機與電動機驅動車輪，根據(jù)情況來運用這兩個動力源，由于動力源是并行的，故稱為并聯(lián)式混合動力系統(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，工作時，利用動力分配器分配發(fā)動機的動力： 一方面直接驅動車輪，另一方面自主控制發(fā)電。由于要利用電能驅動電動機，所以與并聯(lián)式相比，電動機的使用比率增大了。

三、結語

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