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電路模擬在混合動力汽車上的應(yīng)用

混合動力汽車作為一種新的低碳環(huán)保交通工具，其發(fā)展越來越受到社會各界的關(guān)注。首先對混合動力汽車的發(fā)展歷程做了簡單介紹，并談及隨著混合動力汽車技術(shù)的不斷完善，相繼出現(xiàn)了純電動汽車和插電式電動汽車。

闡述了電路仿真在混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車上智能模塊中的應(yīng)用。混合動力汽車系統(tǒng)主要包括一個混合動力發(fā)動機、一個變速驅(qū)動橋（電動機、行星齒輪和發(fā)電機）、一個高壓電池、一個動力控制單元。其中，動力控制單元有電壓提升轉(zhuǎn)換器及兩個逆變器控制電動機和發(fā)電機。從中可以看出，電力電子技術(shù)是該類汽車發(fā)展的核心技術(shù)。

介紹了已經(jīng)開發(fā)出的電力電子仿真技術(shù)，即采用電-熱-機械耦合仿真的電子功率半導(dǎo)體元件芯片的溫度預(yù)測電路，針對駕駛員加速減速的不同操縱行為，車輛系統(tǒng)模型模擬了發(fā)動機的電力需求，將電機功率轉(zhuǎn)換成電壓、電流，通過逆變器轉(zhuǎn)換頻率，這些值作為輸入傳送到電子模型。這個模擬系統(tǒng)主要由車輛系統(tǒng)模塊、電子模塊和溫度感應(yīng)模塊3個部分組成。其中，車輛系統(tǒng)模塊模擬駕駛員不同速度需求下發(fā)動機的工作狀態(tài)，然后將發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)換為電壓、電流，并將這些電能信號輸入到電子轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動電子模塊開始工作，電子模塊中可以模擬包括絕緣柵門極晶體管（IGBT）在內(nèi)的能量損失，損失的能量輸出到散熱器，散熱器模擬IGBT芯片的溫度，并將其反饋給電子模塊，最終達到平衡。具體的結(jié)構(gòu)組成和工作原理如圖1所示。

試驗結(jié)果顯示，IGBT芯片溫度隨著時間的推移上升，該模型可以很好地預(yù)測半導(dǎo)體的溫度，逐漸成為混合動力汽車上仿真電路的關(guān)鍵技術(shù)，此類模型的開發(fā)有助于提高混合動力汽車的設(shè)計效率，最后闡述了仿真電路未來發(fā)展的需要。

圖1　電路模擬系統(tǒng)的組成和工作原理

Takashi Ueta et al. Electron Devices, IEEE Transactions on (Volume: 60 , Issue: 2).

編譯：張利丹