探索HEV系統(tǒng)的主要部件：電源與高壓輔機(jī)

　　本文將以構(gòu)成HEV系統(tǒng)的主要部件為對(duì)象，著重介紹電源系統(tǒng)和高壓輔機(jī)系統(tǒng)。電源系統(tǒng)方面主要講解電池和DC-DC轉(zhuǎn)換器等，高壓輔機(jī)系統(tǒng)方面講解電動(dòng)壓縮機(jī)和電動(dòng)水泵等。

　　混合動(dòng)力車（HEV）的電源由主電池及其冷卻裝置、監(jiān)控電池的電池監(jiān)控單元、機(jī)械式接通切斷高壓的系統(tǒng)主繼電器、防沖擊電流的預(yù)充電繼電器和寄存器、檢測(cè)電池的輸入輸出電流的電流傳感器等構(gòu)成（圖1）。

主電池的必要條件

　　當(dāng)上述所有部件被包含在一個(gè)箱體內(nèi)時(shí)，稱為電池組。而且，因?yàn)槭窍?2V電池供電，所以使用DC-DC轉(zhuǎn)換器替代了傳統(tǒng)的交流發(fā)電機(jī)。

　　HEV配備的主電池大致有四個(gè)特點(diǎn)。

　　一是循環(huán)壽命。HEV會(huì)頻繁地重復(fù)充電/放電。由于鉛蓄電池的循環(huán)壽命短，因此，壽命較長(zhǎng)的鎳氫充電電池和鋰離子充電電池占據(jù)了主流。

　　二是能量密度。從燃效和行駛距離的角度出發(fā)，HEV需要體積小但能量大的電池。從能量密度的角度來(lái)看，鋰離子充電電池最佳（圖2）。

　　三是功率密度。獲得更好的加速性能需要能夠?qū)崿F(xiàn)更大功率的電池。在這一點(diǎn)上，鋰離子充電電池依然優(yōu)秀，但鎳氫充電電池最近也實(shí)現(xiàn)了大幅度的性能提升。

　　四是安全性。在偶發(fā)事故和過(guò)度充放電的情況下，電池不能著火。因此，車輛方面的封裝改進(jìn)和安裝控制保護(hù)系統(tǒng)十分重要。

必須具備高安全性的高壓絕緣系統(tǒng)

　　某些HEV的主電池電壓超過(guò)了200V。這足以使人在接觸時(shí)觸電死亡。因而需要完善的絕緣構(gòu)造和處理。發(fā)動(dòng)機(jī)車的電池電壓為12～24V，即使觸電也不會(huì)造成問(wèn)題。因此，采用的是可以簡(jiǎn)化布線的本體地（Body Earth）接地方式。

　　但高壓系統(tǒng)若采用這種方式，則可能使人在誤接觸到高壓部位時(shí)觸電，或是在高壓機(jī)械發(fā)生絕緣不良時(shí)引發(fā)火災(zāi)。因此，在HEV中，高壓電路沒(méi)有采用本體地，而是把負(fù)線和正線都用實(shí)線連接，使其浮動(dòng)接地（Earth Float）化。通過(guò)浮動(dòng)接地，人即使接觸高壓部位和車體也不會(huì)觸電。而且，考慮到進(jìn)一步的安全性，有些情況下還會(huì)采用能夠檢測(cè)高壓機(jī)械和布線的絕緣不良并發(fā)布警報(bào)的系統(tǒng)。

使用DC-DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電壓

　　在發(fā)動(dòng)機(jī)車中，交流發(fā)電機(jī)負(fù)責(zé)為12V電池充電。另一方面，HEV因?yàn)闀?huì)頻繁關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，如果采用交流發(fā)電機(jī)方式，則電壓變化會(huì)造成車燈閃爍以及鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量變化等問(wèn)題。因此，HEV采用的是轉(zhuǎn)換主電池的電壓進(jìn)行充電的方法。

　　DC-DC轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換原理如圖3所示。主電池的直流高壓在功率MOSFET中經(jīng)高頻開(kāi)關(guān)，利用變壓器降壓。由二極管和平滑濾波器進(jìn)行整流及平滑化之后，使其變?yōu)橹绷鞯蛪?，注?2V電池。使用變壓器的原因是為了防止某些故障導(dǎo)致高壓施加到低壓一側(cè)時(shí)造成火災(zāi)和觸電。而且，借助開(kāi)關(guān)頻率的高頻化，變壓器實(shí)現(xiàn)了大幅小型化。