混合动力电动汽车中电力电子技术概述

张凯娟

摘 要：当前，世界汽车产业正处于技术革命和产业大调整的发展时期，安全、环保、节能和智能化成为汽车界共同关心的重大课题。本文综述了混合动力电动汽车的发展和基本结构，介绍了电力电子技术在混合动力电动汽车上的具体应用情况，并结合混合动力电动汽车的实际情况，提出了需要重点解决的问题。

关键词：混合动力；电动汽车；功率电子；交流驱动；逆变器

一、相关概述

电力电子技术是研究应用电力半导体器件实现电能变换和控制的学科，它是一门由电子、电力半导体器件和控制三者相互交叉而出现的新兴边缘学科。它研究的内容非常广泛，主要包括电力半导体器件、磁性材料、电力电子电路、控制集成电路及由其组成的电力变换装置。目前，电力电子学研究的主要方向是：电力半导体器件的设计、测试、模型分析、工艺及仿真等；电力开关变换器的电路拓扑、建模、仿真、控制和应用；电力逆变技术及其在电气传动、电力系统等工业领域中的应用等。

电动汽车（EV）作为清洁、高效和可持续发展的交通工具，既对改善空气质量、保护环境具有重大意义，又对日益严重的石油危机提供了解决方法。同时，电动汽车作为电力电子技术的一个新的应用领域，涵盖了DC/DC和DC/AC的全部变换，是实用价值非常高的运用领域。

二、混合动力电动汽车简介

当前，世界汽车产业正处于技术革命和产业大调整的发展时期，安全、环保、节能和智能化成为汽车界共同关心的重大课题。为了使人类社会和汽车工业持续发展，世界各国尤其是发达国家和部分发展中国家都在研究各种新技术来改善汽车和环境的协调性。

电动汽车作为21世纪汽车工业改造和发展的主要方向，目前已从实验室开发试验阶段过渡到商品性试生产阶段，世界上许多知名汽车厂家都推出了具有高科技水平的安全或环保型概念车，目的是为了引导世界汽车技术的潮流。

（一）各种类型电动汽车特点及其发展

根据动力源不同，电动汽车大致可分为三类：蓄电池电动汽车或纯电动汽车（Battery Electric Vehicle），以氢气为能源的燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle）和混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle）。

纯电动汽车是单独依靠蓄电池供电的，但目前动力电池的性能和价格还没有取得重大突破，因此，纯电动汽车的发展没有达到预期的目的。

燃料电池电动汽车具有能量转化率高、不污染环境、使用寿命长等不可比拟的优势。但由于目前燃料电池技术和研究还没有取得重大突破，燃料电池电动汽车的发展也受到了限制。

混合动力电动汽车是同时采用了电动机和发动机作为其动力装置，通过先进的控制系统使两种动力装置有机协调配合，实现最佳能量分配，达到低能耗、低污染和高度自动化的新型汽车。自1995年以来，世界各大汽车生产商已将研究的重点转向了混合动力电动汽车的研究和开发，日本、美国和德国的大型汽车公司均开发了包括轿车、面包车、货车在内的混合动力电动汽车。

以作为混合动力电动汽车研发前沿的丰田汽车公司为例，所开发的混合动力电动汽车已达到实用化水平，自1997年所推出的世界上第一款批量生产的混合动力电动汽车Prius开始，其后又在2002年推出了混合动力面包车，该车混合动力系统采用了世纪首次批量生产的电动四轮驱动及四轮驱动力/制动力综合控制系统。2003年，丰田又推出了新一代Prius，也被称为“新时代丰田混合动力系统统--THS II”，节能效果可达到100km油耗不足3L。从2004年开始，丰田公司向欧洲市场推出了一款新的Lexus RX 型豪华混合动力轿车，丰田公司计划2012年全部采用汽油电力混合发动机，以提高燃油经济性和降低排放污染。

（二）混合动力电动汽车分类及特点

根据发动机与电动机的不同组合工作方式，混合动力电动汽车主要可以分为3类：串联式、并联式和混联式。

在串联式混合动力系统中，由发动机驱动发电机，利用发出的电能由电动机驱动车轮，即发动机所发出的动能全部要先转换成电能，利用这一电能使车辆行驶。

并联式混合动力系统采用的是发动机与电动机驱动车轮，根据情况来运用这两个动力源，由于动力源是并行的，故称为并联式混合动力系统。

混联式也称串并联式，它可以最大限度地发挥串联式与并联式的各自优点，工作时，利用动力分配器分配发动机的动力： 一方面直接驱动车轮，另一方面自主控制发电。由于要利用电能驱动电动机，所以与并联式相比，电动机的使用比率增大了。

三、结语

本文综述了电力电子技術在混合电动汽车中的应用情况，提出了需要重点考虑并解决的技术问题。随着电力电子技术、微电子技术和控制技术的发展，数字化交流驱动系统在商业化电动汽车中得到广泛应用，而开发研制采用交流电机驱动系统的混合动力电动汽车，已经汽车工业可持续发展的重要途径之一。随着人类对生存环境要求的提高，合理利用能源意识的增强，作为一种污染小和高效率的现代化交通工具，混合动力电动汽车将得到全面的发展和应用。endprint