探索HEV系統的主要部件：電源與高壓輔機

　　本文將以構成HEV系統的主要部件為對象，著(zhù)重介紹電源系統和高壓輔機系統。電源系統方面主要講解電池和DC-DC轉換器等，高壓輔機系統方面講解電動(dòng)壓縮機和電動(dòng)水泵等。

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

主電池的必要條件

　　當上述所有部件被包含在一個(gè)箱體內時(shí)，稱(chēng)為電池組。而且，因為是向12V電池供電，所以使用DC-DC轉換器替代了傳統的交流發(fā)電機。

　　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 )頻繁地重復充電/放電。由于鉛蓄電池的循環(huán)壽命短，因此，壽命較長(cháng)的鎳氫充電電池和鋰離子充電電池占據了主流。

　　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實(shí)現更大功率的電池。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(zhù)火。因此，車(chē)輛方面的封裝改進(jìn)和安裝控制保護系統十分重要。

必須具備高安全性的高壓絕緣系統

　　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造和處理。發(fā)動(dòng)機車(chē)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(xiàn)的本體地（Body Earth）接地方式。

　　但高壓系統若采用這種方式，則可能使人在誤接觸到高壓部位時(shí)觸電，或是在高壓機械發(fā)生絕緣不良時(shí)引發(fā)火災。因此，在HEV中，高壓電路沒(méi)有采用本體地，而是把負線(xiàn)和正線(xiàn)都用實(shí)線(xiàn)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(chē)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 )采用能夠檢測高壓機械和布線(xiàn)的絕緣不良并發(fā)布警報的系統。

使用DC-DC轉換器轉換電壓

　　在發(fā)動(dòng)機車(chē)中，交流發(fā)電機負責為12V電池充電。另一方面，HEV因為會(huì )頻繁關(guān)閉發(fā)動(dòng)機，如果采用交流發(fā)電機方式，則電壓變化會(huì )造成車(chē)燈閃爍以及鼓風(fēng)機風(fēng)量變化等問(wèn)題。因此，HEV采用的是轉換主電池的電壓進(jìn)行充電的方法。

　　DC-DC轉換器的電壓轉換原理如圖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致高壓施加到低壓一側時(shí)造成火災和觸電。而且，借助開(kāi)關(guān)頻率的高頻化，變壓器實(shí)現了大幅小型化。