現(xiàn)代電力電子技術(shù)在比亞迪DM和奇瑞DHT的應(yīng)用

馮 強(qiáng)，李志紅

（1.國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心，天津 300304；2.天津城市建設(shè)管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300134）

1 混合動(dòng)力系統(tǒng)

插電式混合動(dòng)力汽車是介于純電動(dòng)汽車與燃油汽車之間的一種新能源汽車。它既有傳統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等，也有純電動(dòng)汽車的電池、電機(jī)和電控，而且配有充電接口。總體來(lái)說(shuō)，它綜合了純電動(dòng)汽車和常規(guī)混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn)，既可實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)、零排放行駛，也能通過(guò)混動(dòng)模式增加車輛續(xù)駛里程。

國(guó)內(nèi)自主混動(dòng)汽車經(jīng)過(guò)多年研發(fā)，目前主流的混動(dòng)系統(tǒng)包括有比亞迪的DM、長(zhǎng)城的DHT、奇瑞的DHT等，國(guó)內(nèi)各主流混動(dòng)系統(tǒng)在燃油經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、道路適應(yīng)性以及成本控制等方面各有側(cè)重和優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在各個(gè)車企在國(guó)內(nèi)已經(jīng)公開的混動(dòng)技術(shù)專利包括發(fā)明專利、實(shí)用新型專利和外觀專利見表1。

通過(guò)表1可知，比亞迪在混動(dòng)領(lǐng)域起步早專利布局廣，已經(jīng)公開混動(dòng)技術(shù)專利數(shù)量最多，奇瑞雖然數(shù)量不如比亞迪多，但是其發(fā)明專利在整個(gè)已公開專利中占比最高，技術(shù)含量相對(duì)較高，這也符合奇瑞汽車技術(shù)流的定位。

表1 車企國(guó)內(nèi)已公開混動(dòng)技術(shù)專利 件

2020年度插電式混動(dòng)乘用車市場(chǎng)份額如圖1所示，基本自主品牌汽車能和合資品牌平分秋色，而且隨著時(shí)間的推移，越來(lái)越多的自主品牌汽車在插電式混動(dòng)領(lǐng)域發(fā)力，自主品牌汽車將超過(guò)并逐步拉開與合資品牌的差距。

圖1 插電式混動(dòng)乘用車市場(chǎng)份額（2020年）

2 比亞迪DM混動(dòng)架構(gòu)

比亞迪兩驅(qū)車型DM系統(tǒng)的架構(gòu)如圖2所示，搭載1.5Ti渦輪增壓+缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)+6速DCT，轉(zhuǎn)速在5200r/min時(shí)達(dá)到最高功率113kW，轉(zhuǎn)速在1750～3500r/min時(shí)最大轉(zhuǎn)矩達(dá)240Nm；搭載比亞迪研發(fā)的高轉(zhuǎn)速、大功率交流永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)12000r/min，最大功率達(dá)110kW，在0～5200r/min能輸出最大轉(zhuǎn)矩為250Nm；在HEV模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)共同工作，能在1750～3500r/min爆發(fā)出479Nm的最大轉(zhuǎn)矩，百千米加速時(shí)間僅為5.9s。其主要工作模式包括：純電工作模式（EV模式）、穩(wěn)定發(fā)電模式、混動(dòng)模式（HEV模式）、燃油驅(qū)動(dòng)模式、能量回饋工作模式。

圖2 比亞迪DM混動(dòng)架構(gòu)

比亞迪DM架構(gòu)采用和本田IMMD架構(gòu)類似的混動(dòng)架構(gòu)，雖然技術(shù)創(chuàng)新有限，但是其成本控制非常優(yōu)秀，再加上有比亞迪刀片電池技術(shù)在電池上的光環(huán)加持，提升了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通過(guò)近幾年的市場(chǎng)反饋，比亞迪DM混動(dòng)系列獲得了市場(chǎng)充分的認(rèn)可。

3 奇瑞DHT混動(dòng)架構(gòu)

奇瑞DHT系統(tǒng)的架構(gòu)如圖3所示，采用混動(dòng)專用1.5T發(fā)動(dòng)機(jī)、多擋變速器外加前后3臺(tái)電機(jī)，使得整車0-100km/h低于5s，綜合工況油耗低至1.25L/100km。其主要工作模式包括：?jiǎn)?雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)、增程、并聯(lián)、發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)、單/雙電機(jī)制動(dòng)能量回收、行車/駐車充電燈9種高效能工作模式。

圖3 奇瑞DHT混動(dòng)架構(gòu)

奇瑞DHT系統(tǒng)復(fù)雜度極高，同樣以兩驅(qū)混動(dòng)架構(gòu)舉例，現(xiàn)有車企均為單電機(jī)，而奇瑞DHT采用了2個(gè)電機(jī)，輸出功率高，動(dòng)力強(qiáng)勁，整體動(dòng)力源包括2個(gè)電機(jī)以及奇瑞1.5T發(fā)動(dòng)機(jī)，再搭配3擋雙離合變速器，其最終可以產(chǎn)生11個(gè)擋位，道路適應(yīng)能力更強(qiáng)，理論上混動(dòng)的完成度最高，但是同時(shí)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在成本控制上以及系統(tǒng)穩(wěn)定上還需要市場(chǎng)進(jìn)一步的檢驗(yàn)。

4 電力電子技術(shù)在兩種混動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用

不管是比亞迪的DM混動(dòng)還是奇瑞的DHT混動(dòng)，其內(nèi)部不可或缺的均存在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電機(jī)、逆變器以及電池，其作用是在純電工作模式以及混動(dòng)模式時(shí)提供正常行駛動(dòng)能，并且在能量回饋工作模式時(shí)對(duì)減速制動(dòng)能量進(jìn)行回饋。逆變器是該系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，設(shè)置在電機(jī)和電池之間，是“三電”核心技術(shù)一部分。

典型的逆變器原理圖如圖4所示，逆變器核心部件是采用了現(xiàn)代電力電子技術(shù)的功率半導(dǎo)體器件IGBT模塊，IGBT模塊長(zhǎng)期被英飛凌、富士電機(jī)等海外公司壟斷，全球IGBT模塊前十的公司，國(guó)內(nèi)只有斯達(dá)半導(dǎo)體，也僅占據(jù)不到3%的份額，2019年全球IGBT模塊市場(chǎng)份額如圖5所示。雖然國(guó)內(nèi)廠商對(duì)于IGBT模塊市場(chǎng)份額較少，但是已經(jīng)開始發(fā)力，尤其比亞迪旗下的半導(dǎo)體公司能自主生產(chǎn)IGBT模塊，在完全實(shí)現(xiàn)比亞迪內(nèi)部使用的同時(shí)還可以向外有限供應(yīng)，尤其現(xiàn)在處在第三代IGBT市場(chǎng)化的階段，碳化硅基IGBT正逐步取代傳統(tǒng)的硅基IGBT，這也給了國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體廠商發(fā)力的新領(lǐng)域。碳化硅基IGBT具有耐高溫、耐高壓、損耗低和開關(guān)頻率高的優(yōu)點(diǎn)，其作為混動(dòng)汽車逆變器能明顯帶來(lái)以下3點(diǎn)性能提升：①顯著提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逆變器的功率密度、減少成本；②提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逆變器的效率；③提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逆變器的可靠性。

圖4 典型的逆變器原理圖

圖5 全球IGBT模塊市場(chǎng)份額（2019年）

5 結(jié)論

本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)自主混動(dòng)車企專利布局情況進(jìn)行研究，而后對(duì)國(guó)內(nèi)自主混動(dòng)系統(tǒng)典型的比亞迪DM混動(dòng)系統(tǒng)和奇瑞DHT混動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了介紹和對(duì)比，并針對(duì)二者中共有的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電力電子半導(dǎo)體器件IGBT模塊在其中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，多角度對(duì)混動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行探究，希望對(duì)相關(guān)行業(yè)以及從業(yè)人員提供一定的借鑒和參考。