现代电力电子技术在比亚迪DM和奇瑞DHT的应用

2022-08-29李志红

汽车电器 2022年8期

冯强，李志红

（1.国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心，天津 300304；2.天津城市建设管理职业技术学院，天津 300134）

1 混合动力系统

插电式混合动力汽车是介于纯电动汽车与燃油汽车之间的一种新能源汽车。它既有传统汽车的发动机、变速器等，也有纯电动汽车的电池、电机和电控，而且配有充电接口。总体来说，它综合了纯电动汽车和常规混合动力汽车的优点，既可实现纯电动、零排放行驶，也能通过混动模式增加车辆续驶里程。

国内自主混动汽车经过多年研发，目前主流的混动系统包括有比亚迪的DM、长城的DHT、奇瑞的DHT等，国内各主流混动系统在燃油经济性、稳定性、道路适应性以及成本控制等方面各有侧重和优势，现在各个车企在国内已经公开的混动技术专利包括发明专利、实用新型专利和外观专利见表1。

通过表1可知，比亚迪在混动领域起步早专利布局广，已经公开混动技术专利数量最多，奇瑞虽然数量不如比亚迪多，但是其发明专利在整个已公开专利中占比最高，技术含量相对较高，这也符合奇瑞汽车技术流的定位。

表1 车企国内已公开混动技术专利件

2020年度插电式混动乘用车市场份额如图1所示，基本自主品牌汽车能和合资品牌平分秋色，而且随着时间的推移，越来越多的自主品牌汽车在插电式混动领域发力，自主品牌汽车将超过并逐步拉开与合资品牌的差距。

图1 插电式混动乘用车市场份额（2020年）

2 比亚迪DM混动架构

比亚迪两驱车型DM系统的架构如图2所示，搭载1.5Ti涡轮增压+缸内直喷发动机+6速DCT，转速在5200r/min时达到最高功率113kW，转速在1750～3500r/min时最大转矩达240Nm；搭载比亚迪研发的高转速、大功率交流永磁同步驱动电机，电机的最高转速可达12000r/min，最大功率达110kW，在0～5200r/min能输出最大转矩为250Nm；在HEV模式下，发动机和电机共同工作，能在1750～3500r/min爆发出479Nm的最大转矩，百千米加速时间仅为5.9s。其主要工作模式包括：纯电工作模式（EV模式）、稳定发电模式、混动模式（HEV模式）、燃油驱动模式、能量回馈工作模式。

图2 比亚迪DM混动架构

比亚迪DM架构采用和本田IMMD架构类似的混动架构，虽然技术创新有限，但是其成本控制非常优秀，再加上有比亚迪刀片电池技术在电池上的光环加持，提升了整个系统的稳定性，通过近几年的市场反馈，比亚迪DM混动系列获得了市场充分的认可。

3 奇瑞DHT混动架构

奇瑞DHT系统的架构如图3所示，采用混动专用1.5T发动机、多挡变速器外加前后3台电机，使得整车0-100km/h低于5s，综合工况油耗低至1.25L/100km。其主要工作模式包括：单/双电机驱动、增程、并联、发动机直驱、单/双电机制动能量回收、行车/驻车充电灯9种高效能工作模式。

图3 奇瑞DHT混动架构

奇瑞DHT系统复杂度极高，同样以两驱混动架构举例，现有车企均为单电机，而奇瑞DHT采用了2个电机，输出功率高，动力强劲，整体动力源包括2个电机以及奇瑞1.5T发动机，再搭配3挡双离合变速器，其最终可以产生11个挡位，道路适应能力更强，理论上混动的完成度最高，但是同时由于结构复杂，在成本控制上以及系统稳定上还需要市场进一步的检验。

4 电力电子技术在两种混动系统的应用

不管是比亚迪的DM混动还是奇瑞的DHT混动，其内部不可或缺的均存在电机驱动系统，电机驱动系统包括电机、逆变器以及电池，其作用是在纯电工作模式以及混动模式时提供正常行驶动能，并且在能量回馈工作模式时对减速制动能量进行回馈。逆变器是该系统的执行机构，设置在电机和电池之间，是“三电”核心技术一部分。

典型的逆变器原理图如图4所示，逆变器核心部件是采用了现代电力电子技术的功率半导体器件IGBT模块，IGBT模块长期被英飞凌、富士电机等海外公司垄断，全球IGBT模块前十的公司，国内只有斯达半导体，也仅占据不到3%的份额，2019年全球IGBT模块市场份额如图5所示。虽然国内厂商对于IGBT模块市场份额较少，但是已经开始发力，尤其比亚迪旗下的半导体公司能自主生产IGBT模块，在完全实现比亚迪内部使用的同时还可以向外有限供应，尤其现在处在第三代IGBT市场化的阶段，碳化硅基IGBT正逐步取代传统的硅基IGBT，这也给了国内半导体厂商发力的新领域。碳化硅基IGBT具有耐高温、耐高压、损耗低和开关频率高的优点，其作为混动汽车逆变器能明显带来以下3点性能提升：①显著提高电机驱动系统逆变器的功率密度、减少成本；②提高电机驱动系统逆变器的效率；③提高电机驱动系统逆变器的可靠性。