張凱娟
摘 要:當(dāng)前,世界汽車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)上的具體應(yīng)用情況,并結(jié)合混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)際情況,提出了需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞:混合動(dòng)力;電動(dòng)汽車(chē);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(mén)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(kāi)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(chē)(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(chē)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(chē)簡(jiǎn)介
當(dāng)前,世界汽車(chē)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(chē)界共同關(guān)心的重大課題。為了使人類(lèi)社會(huì)和汽車(chē)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(lái)改善汽車(chē)和環(huán)境的協(xié)調(diào)性。
電動(dòng)汽車(chē)作為21世紀(jì)汽車(chē)工業(yè)改造和發(fā)展的主要方向,目前已從實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)試驗(yàn)階段過(guò)渡到商品性試生產(chǎn)階段,世界上許多知名汽車(chē)廠家都推出了具有高科技水平的安全或環(huán)保型概念車(chē),目的是為了引導(dǎo)世界汽車(chē)技術(shù)的潮流。
(一)各種類(lèi)型電動(dòng)汽車(chē)特點(diǎn)及其發(fā)展
根據(jù)動(dòng)力源不同,電動(dòng)汽車(chē)大致可分為三類(lèi):蓄電池電動(dòng)汽車(chē)或純電動(dòng)汽車(chē)(Battery Electric Vehicle),以氫氣為能源的燃料電池電動(dòng)汽車(chē)(Fuel Cell Electric Vehicle)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)(Hybrid Electric Vehicle)。
純電動(dòng)汽車(chē)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(méi)有取得重大突破,因此,純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的目的。
燃料電池電動(dòng)汽車(chē)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(méi)有取得重大突破,燃料電池電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展也受到了限制。
混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)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(guò)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(chē)。自1995年以來(lái),世界各大汽車(chē)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(chē)的研究和開(kāi)發(fā),日本、美國(guó)和德國(guó)的大型汽車(chē)公司均開(kāi)發(fā)了包括轎車(chē)、面包車(chē)、貨車(chē)在內(nèi)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)。
以作為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)前沿的豐田汽車(chē)公司為例,所開(kāi)發(fā)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)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(chē)Prius開(kāi)始,其后又在2002年推出了混合動(dòng)力面包車(chē),該車(chē)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(chēng)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(kāi)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(chē),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(chē)分類(lèi)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(chē)主要可以分為3類(lèi):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(chē)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(chē)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(chē)輪,根據(jù)情況來(lái)運(yùn)用這兩個(gè)動(dòng)力源,由于動(dòng)力源是并行的,故稱(chēng)為并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)。
混聯(lián)式也稱(chēng)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?xún)?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(chē)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(yǔ)
本文綜述了電力電子技術(shù)在混合電動(dòng)汽車(chē)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(wèn)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(chē)中得到廣泛應(yīng)用,而開(kāi)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(chē),已經(jīng)汽車(chē)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。隨著人類(lèi)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(chē)將得到全面的發(fā)展和應(yīng)用。endprint