馮 強，李志紅

（1.國家知識產(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 混合動力系統(tǒng)

插電式混合動力汽車是介于純電動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)動機、變速器等，也有純電動汽車的電池、電機和電控，而且配有充電接口?？傮w來說，它綜合了純電動汽車和常規(guī)混合動力汽車的優(yōu)點，既可實現(xiàn)純電動、零排放行駛，也能通過混動模式增加車輛續(xù)駛里程。

國內(nèi)自主混動汽車經(jīng)過多年研發(fā)，目前主流的混動系統(tǒng)包括有比亞迪的DM、長城的DHT、奇瑞的DHT等，國內(nèi)各主流混動系統(tǒng)在燃油經(jīng)濟性、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，現(xiàn)在各個車企在國內(nèi)已經(jīng)公開的混動技術(shù)專利包括發(fā)明專利、實用新型專利和外觀專利見表1。

通過表1可知，比亞迪在混動領(lǐng)域起步早專利布局廣，已經(jīng)公開混動技術(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)明專利在整個已公開專利中占比最高，技術(shù)含量相對較高，這也符合奇瑞汽車技術(shù)流的定位。

表1 車企國內(nèi)已公開混動技術(shù)專利 件

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

圖1 插電式混動乘用車市場份額（2020年）

2 比亞迪DM混動架構(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)動機+6速DCT，轉(zhuǎn)速在5200r/min時達到最高功率113kW，轉(zhuǎn)速在1750～3500r/min時最大轉(zhuǎn)矩達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)動電機，電機的最高轉(zhuǎn)速可達12000r/min，最大功率達110kW，在0～5200r/min能輸出最大轉(zhuǎn)矩為250Nm；在HEV模式下，發(fā)動機和電機共同工作，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、混動模式（HEV模式）、燃油驅(qū)動模式、能量回饋工作模式。

圖2 比亞迪DM混動架構(gòu)

比亞迪DM架構(gòu)采用和本田IMMD架構(gòu)類似的混動架構(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，提升了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通過近幾年的市場反饋，比亞迪DM混動系列獲得了市場充分的認可。

3 奇瑞DHT混動架構(gòu)

奇瑞DHT系統(tǒng)的架構(gòu)如圖3所示，采用混動專用1.5T發(fā)動機、多擋變速器外加前后3臺電機，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：單/雙電機驅(qū)動、增程、并聯(lián)、發(fā)動機直驅(qū)、單/雙電機制動能量回收、行車/駐車充電燈9種高效能工作模式。

圖3 奇瑞DHT混動架構(gòu)

奇瑞DHT系統(tǒng)復(fù)雜度極高，同樣以兩驅(qū)混動架構(gòu)舉例，現(xiàn)有車企均為單電機，而奇瑞DHT采用了2個電機，輸出功率高，動力強勁，整體動力源包括2個電機以及奇瑞1.5T發(fā)動機，再搭配3擋雙離合變速器，其最終可以產(chǎn)生11個擋位，道路適應(yīng)能力更強，理論上混動的完成度最高，但是同時由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在成本控制上以及系統(tǒng)穩(wěn)定上還需要市場進一步的檢驗。

4 電力電子技術(shù)在兩種混動系統(tǒng)的應(yīng)用

不管是比亞迪的DM混動還是奇瑞的DHT混動，其內(nèi)部不可或缺的均存在電機驅(qū)動系統(tǒng)，電機驅(qū)動系統(tǒng)包括電機、逆變器以及電池，其作用是在純電工作模式以及混動模式時提供正常行駛動能，并且在能量回饋工作模式時對減速制動能量進行回饋。逆變器是該系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，設(shè)置在電機和電池之間，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模塊長期被英飛凌、富士電機等海外公司壟斷，全球IGBT模塊前十的公司，國內(nèi)只有斯達半導(dǎo)體，也僅占據(jù)不到3%的份額，2019年全球IGBT模塊市場份額如圖5所示。雖然國內(nèi)廠商對于IGBT模塊市場份額較少，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，在完全實現(xiàn)比亞迪內(nèi)部使用的同時還可以向外有限供應(yīng)，尤其現(xiàn)在處在第三代IGBT市場化的階段，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，其作為混動汽車逆變器能明顯帶來以下3點性能提升：①顯著提高電機驅(qū)動系統(tǒng)逆變器的功率密度、減少成本；②提高電機驅(qū)動系統(tǒng)逆變器的效率；③提高電機驅(qū)動系統(tǒng)逆變器的可靠性。

圖4 典型的逆變器原理圖

圖5 全球IGBT模塊市場份額（2019年）

5 結(jié)論

本文首先對國內(nèi)自主混動車企專利布局情況進行研究，而后對國內(nèi)自主混動系統(tǒng)典型的比亞迪DM混動系統(tǒng)和奇瑞DHT混動系統(tǒng)進行了介紹和對比，并針對二者中共有的電機驅(qū)動系統(tǒng)，電力電子半導(dǎo)體器件IGBT模塊在其中的應(yīng)用進行了分析，多角度對混動系統(tǒng)進行探究，希望對相關(guān)行業(yè)以及從業(yè)人員提供一定的借鑒和參考。