混合動(dòng)力車的電力電子系統(tǒng)介紹

逍遙設(shè)計(jì)自動(dòng)化

引言
5 O& g: [4 u3 Z( D汽車工業(yè)通過滿足人類的移動(dòng)需求，已經(jīng)深刻地改變了現(xiàn)代社會(huì)。內(nèi)燃機(jī)（ICE）汽車的發(fā)展是汽車工業(yè)最大的成就之一，使得汽車在人類社會(huì)中得到廣泛應(yīng)用。然而，內(nèi)燃機(jī)汽車的使用在全球范圍內(nèi)造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。通過開發(fā)可再生和替代能源來提高能源轉(zhuǎn)換效率，是減少環(huán)境污染的有效方法之一。電動(dòng)汽車（EVs）的發(fā)明正在幫助汽車工業(yè)克服這些環(huán)境問題[1]。
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電動(dòng)汽車是使用電動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)與內(nèi)燃機(jī)組合的運(yùn)輸系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以減少有害的燃料氣體排放，提高車輛性能，增加車輛效率，并減少化石燃料的消耗。電動(dòng)汽車系統(tǒng)包含四種主要驅(qū)動(dòng)技術(shù)：燃料電池電動(dòng)汽車（FCEVs）、純電動(dòng)汽車（BEVs）、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEVs）和插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PHEVs）。

3 _- W# c( |/ {圖1展示了基于電氣化程度的電動(dòng)汽車完整分類系統(tǒng)。
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! y8 s& K/ ~/ j$ W$ W( V電動(dòng)汽車技術(shù)
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$ b5 h3 p% U% w9 ?0 C圖2展示了燃料電池車輛系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，說明了氫氣轉(zhuǎn)換為電能的過程。
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圖3展示了純電動(dòng)汽車系統(tǒng)的關(guān)鍵組件和能量流動(dòng)。
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3 S! S8 [7 D  l5 \5 b圖4說明了插電式混合動(dòng)力汽車如何集成電池和內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力源。

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圖5展示了混合動(dòng)力汽車及其主要組件的基本結(jié)構(gòu)。

混合動(dòng)力汽車配置
混合動(dòng)力汽車結(jié)合了電能存儲(chǔ)系統(tǒng)和內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)力。這種組合通過牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)向車輪傳遞能量。系統(tǒng)使用電池進(jìn)行能量存儲(chǔ)，同時(shí)使用超級(jí)電容器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)�；旌蟿�(dòng)力汽車在低功率需求時(shí)使用電力運(yùn)行，在需要高速時(shí)切換到內(nèi)燃機(jī)，從而在燃料消耗和性能方面具有優(yōu)勢(shì)。

圖6展示了串聯(lián)混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)
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圖7展示了串聯(lián)混合動(dòng)力配置，其中內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)而不是直接驅(qū)動(dòng)車輪。


圖8展示了并聯(lián)混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)
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圖9展示了并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)，內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)都能直接驅(qū)動(dòng)車輪。
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圖10展示了如何將串聯(lián)和并聯(lián)配置組合成單一系統(tǒng)。
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圖11展示了具有多重能量流路徑的最復(fù)雜混合動(dòng)力配置。

; k* c: G( {) n9 N# I能量流動(dòng)運(yùn)行模式
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& |2 \' b* `& m. y5 u% u1 T圖12展示串聯(lián)混合動(dòng)力能量流模式：(a) 正常行駛/加速模式，(b) 最小負(fù)荷條件模式，(c) 制動(dòng)模式，(d) 停止模式。展示了串聯(lián)混合動(dòng)力運(yùn)行中的四種不同能量流情況。


圖13展示并聯(lián)混合動(dòng)力能量流模式：(a) 啟動(dòng)模式，(b) 正常行駛模式，(c) 制動(dòng)模式，(d) 輕負(fù)荷模式。展示了并聯(lián)混合動(dòng)力車輛的四種運(yùn)行狀態(tài)。

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% r6 Y3 h; k& p4 ^+ \; f6 ~圖14展示了串并聯(lián)混合動(dòng)力能量流模式：(a) 啟動(dòng)模式，(b) 高速行駛模式，(c) 正常行駛模式，(d) 制動(dòng)模式，(e) 行駛和停止時(shí)的電池充電模式。這組圖展示了串并聯(lián)混合動(dòng)力車輛的五種不同運(yùn)行模式。
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圖15展示了復(fù)雜混合動(dòng)力能量流模式：(a) 啟動(dòng)模式，(b) 高速行駛模式，(c) 正常行駛模式，(d) 輕負(fù)荷行駛模式，(e) 制動(dòng)模式，(f) 軸平衡模式。這些圖展示了復(fù)雜混合動(dòng)力車輛的六種不同運(yùn)行模式。
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混合動(dòng)力程度分類
現(xiàn)代混合動(dòng)力汽車基于電氣化程度進(jìn)行分類。輕度混合動(dòng)力配備較大的啟動(dòng)電機(jī)，允許在制動(dòng)、滑行和停止時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)。中度混合動(dòng)力包含用于扭矩提升的啟動(dòng)電機(jī)，與動(dòng)力系統(tǒng)并聯(lián)連接。強(qiáng)混合動(dòng)力（也稱為全混合動(dòng)力）可以單獨(dú)使用內(nèi)燃機(jī)、電力或兩者結(jié)合運(yùn)行。插電式混合動(dòng)力配備大容量可充電電池，可從外部電源充電。
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結(jié)論
! P4 J+ D% g. m& @' _" u* X8 r混合動(dòng)力汽車技術(shù)代表了汽車工程領(lǐng)域的重大進(jìn)步，既解決了環(huán)境問題，又滿足了性能要求。各種配置和運(yùn)行模式在滿足不同駕駛需求的同時(shí)，減少了環(huán)境影響。通過持續(xù)發(fā)展，混合動(dòng)力汽車技術(shù)不斷進(jìn)步，在效率提升、排放減少和性能增強(qiáng)方面顯示出良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。
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+ t/ r* U" q; e2 w0 z5 Z參考文獻(xiàn)
[1] D. Kishan, R. Kannan, B. D. Reddy, and P. Prabhakaran, Eds., Power Electronics for Electric Vehicles and Energy Storage. Boca Raton, FL, USA: CRC Press, 2023.
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