【正文】 在 混 合 動 力 汽 車 進 入 實 用 化 的 過 程 中 ， 一 個 關(guān) 鍵 性 的 部 件 是 汽 車 集 成 電 力 模 塊 。 為 了 滿 足 汽 車 高 速 開 關(guān) 控 制 的 要 求 ， 混 合 動 力 汽 車 還 需 要 設(shè) 有 一 些 分 立 裝 置 ， 例 如 ， 專 用 的 集 成 電 路 、 模 擬 和 數(shù) 字 集 成 電 路 以 及 其 他 功 率 電 子 裝 置 。 混 合 動 力 系 統(tǒng) 的 精 確 運 轉(zhuǎn) 依 賴 于 優(yōu) 化 控 制 的 實 現(xiàn) ， 控 制 系 統(tǒng) 的 開 發(fā) 是 混 合 動 力 系 統(tǒng) 的 最 關(guān) 鍵 的 技 術(shù) 創(chuàng) 新 。 在 混 合 動 力 汽 車 中 ， 提 供 整 車 行 駛 所 需 的 動 力 最 終 依 然 來 源 于 使 用 高 能 量 密 度 化 學 燃 料 的 發(fā) 動 機 或 燃 料 電 池 ， 載 荷 調(diào) 節(jié) 裝 置 引 進 的 目 的 是 通 過 它 的 調(diào) 節(jié) 作 用 來 達 到 提 高 燃 油 經(jīng) 濟 性 和 減 少 排 放 的 目 11 的 。 此 外 ， 電 池 的 剩 余 電 量 直 接 影 響 混 合 動 力 汽 車 的 經(jīng) 濟 性 的 排 放 ， 因 此 需 要 有 效 的 測 試 方 法 和 控 制 裝 置 。 從 發(fā) 展 看 ， 能 量 儲 存 裝 置 的 研 究 應(yīng) 該 包 括 以 下 內(nèi) 容 ： 一 是 研 究 電 池 內(nèi) 部 的 連 接 、 檢 測 、 監(jiān) 控 以 及 便 于 將 整 個 電 池 子 系 統(tǒng) 安 裝 在 汽 車 上 的 支 撐 機 構(gòu) ； 二 是 電 池 設(shè) 計 和 制 造 方 面 的 改 進 ， 降 低 制 造 成 本 ， 改 善 電 池 的 性 能 和 提 高 使 用 壽 命 ； 三 是 電 池 的 熱 能 管 理 及 剩 余 電 量 管 理 。 除 此 之 外 ， 雖 然 超 級 電 容 器 、 飛 輪 電 池 等 新 型 能 量 儲 存 裝 置 也 在 研 究 開 發(fā) ， 但 是 近 期 最 有 希 望 進 入 實 用 化 的 還 是 高 能 蓄 電 池 。 柴 油 發(fā) 動 機 已 日 趨 小 型 化 ， 同 時 ， 采 用 先 進 的 共 軌 式 噴 油 系 統(tǒng) ， 降 低 了 微 粒 （ P M ） 和 氮 氧 化 物 排 放 、 改 善 了 熱 效 率 和 低 溫 排 放 污 染 等 ， 在 性 能 上 已 經(jīng) 有 了 很 大 的 提 高 。 目 前 對 混 合 動 力 單 元 的 研 究 主 要 集 中 在 三 個 方 面 ； 一 是 燃 燒 系 統(tǒng) 的 優(yōu) 化 ， 通 過 研 究 燃 料 與 空 氣 混 合 物 的 點 燃 和 燃 燒 的 過 程 ， 探 究 H C 、 C O 以 及 氮 氧 化 物 和 微 粒 的 形 成 機 理 ， 從 而 改 進 燃 燒 系 統(tǒng) ； 二 是 尾 氣 處 理 技 術(shù) ， 主 要 研 究 高 效 的 尾 氣 催 化 系 統(tǒng) 和 過 濾 系 統(tǒng) ； 三 是 代 用 燃 料 的 研 究 。 在 并 聯(lián) 混 合 動 力 汽 車 上 ， 混 合 動 力 單 元 通 過 傳 動 軸 驅(qū) 動 車 輪 ， 同 時 電 動 機 也 承 擔 一 部 分 動 力 的 功 能 ， 因 而 使 得 混 合 動 力 單 元 能 夠 采 用 尺 寸 更 小 、 效 率 更 高 的 發(fā) 動 機 ； 在 串 聯(lián) 混 合 動 力 汽 車 上 ， 混 合 動 力 單 元 驅(qū) 動 一 臺 發(fā) 電 機 產(chǎn) 生 電 能 ， 由 于 汽 車 的 行 駛 與 發(fā) 動 機 沒 有 直 接 聯(lián) 系 ， 因 此 混 合 動 力 單 元 也 能 夠 采 用 小 型 高 效 的 發(fā) 動 機 ， 且 其 運 行 工 況 可 以 固 定 于 較 小 的 高 功 率 和 低 排 放 區(qū) 。 混 合 動 力 汽 車 的 動 力 可 以 同 時 來 自 熱 力 發(fā) 動 機 和 電 動 機 。 10 第 4章 混合動力汽車需解決的關(guān)鍵技術(shù) 混 合 動 力 汽 車 要 進 入 實 用 化 ， 需 要 具 備 高 比 能 量 和 高 比 功 率 的 能 量 存 儲 裝 置 ， 低 成 本 、 高 效 率 的 功 率 電 子 設(shè) 備 和 燃 料 經(jīng) 濟 性 好 、 排 放 低 的 高 效 發(fā) 動 機 。 隨 著 器 件 開 關(guān) 特 性 的 優(yōu) 化 ， 通 態(tài) 損 耗 占 變 換 器 損 耗 的 比 重 越 來 越 大 ， 特 別 是 軟 開 關(guān) 技 術(shù) 的 應(yīng) 用 使 得 開 關(guān) 損 耗 大 大 減 小 ， 通 態(tài) 損 耗 從 而 成 為 主 要 的 功 率 損 耗 源 。 現(xiàn) 階 段 ， 研 究 較 為 活 躍 的 有 電 感 換 向 S P W M 軟 開 關(guān) 技 術(shù) 、 電 感 換 能 式 三 相 軟 開 關(guān) 技 術(shù) 新 型 半 橋 電 流 源 串 聯(lián) 諧 振 軟 開 關(guān) 技 術(shù) 等 等 。 長 時 間 以 來 ， 正 弦 波 逆 變 器 主 要 的 工 作 模 式 是 S P W M 或 S V P W M ， 在 這 種 工 作 模 式 下 ， 逆 變 器 開 關(guān) 管 工 作 在 “ 硬 開 關(guān) ” 狀 態(tài) 。 圖 32 Prius THE 整車電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 9 電 力 電 子 裝 置 控 制 問 題 : “ 高 開 關(guān) 頻 率 ” 和 “ 高 采 樣 率 ” 目 前 被 普 遍 應(yīng) 用 于 H E V 的 電 力 電 子 裝 置 和 交 流 傳 動 系 統(tǒng) 中 ， 客 觀 上 ， “ 雙 高 ” 需 要 高 精 度 的 編 碼 器 和 解 算 器 ， 因 此 這 就 意 味 著 電 機 中 出 現(xiàn) 寬 的 溫 度 梯 度 和 飽 和 狀 態(tài) 時 ， 如 何 降 低 參 數(shù) 敏 感 度 ， 以 滿 足 控 制 要 求 。 直 流 母 線 電 壓 利 用 問 題 : HEV 儲 能 系 統(tǒng) 的 電 壓 是 可 變 的 ， 電 壓 的 大 小 取 決 于 汽 車 實 際 負 載 的 大 小 、 運 行 工 況 ( 電 動 還 是 發(fā) 電 ) 以 及 電 機 是 否 弱 磁 運 行 等 等 ， 典 型 的 母 線 電 壓 波 動 范 圍 是 標 稱 值 的 3 0 % ～ + 2 5 % 。 此 外 ， 以 下 的 技 術(shù) 細 節(jié) 必 須 得 到 重 點 考 慮 ： 電 力 電 子 裝 置 密 封 問 題 : 各 種 車 用 電 力 電 子 裝 置 必 須 要 進 行 有 效 的 密 封 ， 以 耐 受 溫 度 和 振 動 的 影 響 ， 并 能 防 止 各 種 汽 車 液 體 的 侵 入 。 要 求 H E V 用 電 力 電 子 技 術(shù) 機 裝 置 應(yīng) 具 有 成 本 低 、 體 積 小 、 比 功 率 大 。 同 時 對 電 機 的 控 制 方 法 和 冷 卻 系 統(tǒng) 也 應(yīng) 有 深 入 的 研 究 。 用 于 H E V 的 電 機 類 型 有 交 流 感 應(yīng) 電 機 、 永 磁 同 步 電 機 、 開 關(guān) 磁 阻 電 機 。 驅(qū) 動 控 制 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 成 本 高 ， 動 態(tài) 響 應(yīng) 好 ， 系 統(tǒng) 可 靠 性 高 ， 成 本 低 等 。 驅(qū) 動 控 制 器 是 將 電 池 的 電 能 轉(zhuǎn) 換 為 適 于 電 動 機 運 行 的 另 外 一 種 電 能 變 換 控 制 裝 置 。 電 動 機 是 一 種 將 電 能 轉(zhuǎn) 化 為 機 械 能 的 裝 置 ， 為 滿 足 整 車 動 力 性 能 的 需 要 ， 對 電 動 機 的 具 體 要 求 為 : 1. 瞬 時 功 率 大 、 功 率 密 度 高 、 過 載 能 力 強 ； 2. 效 率 高 ； 3. 運 行 速 度 范 圍 要 廣 ， 高 、 低 速 綜 合 效 率 也 要 高 。 電 機 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 是 電 動 汽 車 的 原 動 機 ， 是 心 臟 ， 是 H E V 的 關(guān) 鍵 核 心 技 術(shù) 之 一 。 當 鏗 電 池 或 鎳 氫 ( N i 2 M H ) 電 池 的 電 量 耗 盡 到 低 于 閉 值 時 ， 鎳 氫 電 池 和 鏗 電 池 將 很 快 損 壞 ， 不 過 嵌 入 式 處 理 器 可 測 定 電 量 狀 態(tài) ， 并 在 電 池 組 或 單 個 電 池 的 電 壓 低 于 閉 值 前 關(guān) 斷 系 統(tǒng) 。 混合動力汽車電池的管理 在 電 池 管 理 方 面 ， 目 前 著 力 于 多 個 電 池 串 、 并 聯(lián) 使 用 ， 為 管 理 此 更 新 的 電 池 類 型 ， 需 要 采 用 嵌 入 式 控 制 器 來 監(jiān) 視 電 池 組 的 工 作 情 況 。 從 目 前 車 用 電 池 的 發(fā) 展 來 看 ， 鎳 氫 電 池 可 能 是 H E V 動 力 能 源 的 首 選 電 池 ， 它 已 經(jīng) 規(guī) 模 化 生 產(chǎn) ， 性 能 穩(wěn) 定 ， 其 質(zhì) 量 比 、 體 積 比 率 、 電 池 壽 命 和 重 復 充 放 電 次 數(shù) 方 面 已 經(jīng) 達 到 美 國 先 進 電 池 聯(lián) 合 會 ( U S A B C ) 性 能 指 標 另 外 ， 一 種 叫 質(zhì) 子 交 換 膜 的 燃 料 電 池 ( P E M F C ) 的 能 量 轉(zhuǎn) 換 效 率 是 普 通 內(nèi) 燃 機 熱 效 率 的 2 ～ 3 倍 ； 同 時 它 還 具 有 噪 音 低 、