探索HEV系统的主要部件:电源与高压辅机

2011-02-18 19:17:15来源: 互联网

  本文将以构成HEV系统的主要部件为对象,着重介绍电源系统和高压辅机系统。电源系统方面主要讲解电池和DC-DC转换器等,高压辅机系统方面讲解电动压缩机和电动水泵等。

  混合动力车(HEV)的电源由主电池及其冷却装置、监控电池的电池监控单元、机械式接通切断高压的系统主继电器、防冲击电流的预充电继电器和寄存器、检测电池的输入输出电流的电流传感器等构成(图1)。


图1:HEV的电源结构
由电池组、DC-DC转换器、升压转换器和逆变器等部件组成。

主电池的必要条件

  当上述所有部件被包含在一个箱体内时,称为电池组。而且,因为是向12V电池供电,所以使用DC-DC转换器替代了传统的交流发电机。

  HEV配备的主电池大致有四个特点。

  一是循环寿命。HEV会频繁地重复充电/放电。由于铅蓄电池的循环寿命短,因此,寿命较长的镍氢充电电池和锂离子充电电池占据了主流。

  二是能量密度。从燃效和行驶距离的角度出发,HEV需要体积小但能量大的电池。从能量密度的角度来看,锂离子充电电池最佳(图2)。

 

图2:各种电池的单位体积能量密度和功率密度
由此可知锂离子充电电池最佳。

  三是功率密度。获得更好的加速性能需要能够实现更大功率的电池。在这一点上,锂离子充电电池依然优秀,但镍氢充电电池最近也实现了大幅度的性能提升。

  四是安全性。在偶发事故和过度充放电的情况下,电池不能着火。因此,车辆方面的封装改进和安装控制保护系统十分重要。

必须具备高安全性的高压绝缘系统

  某些HEV的主电池电压超过了200V。这足以使人在接触时触电死亡。因而需要完善的绝缘构造和处理。发动机车的电池电压为12~24V,即使触电也不会造成问题。因此,采用的是可以简化布线的本体地(Body Earth)接地方式。

  但高压系统若采用这种方式,则可能使人在误接触到高压部位时触电,或是在高压机械发生绝缘不良时引发火灾。因此,在HEV中,高压电路没有采用本体地,而是把负线和正线都用实线连接,使其浮动接地(Earth Float)化。通过浮动接地,人即使接触高压部位和车体也不会触电。而且,考虑到进一步的安全性,有些情况下还会采用能够检测高压机械和布线的绝缘不良并发布警报的系统。

使用DC-DC转换器转换电压

  在发动机车中,交流发电机负责为12V电池充电。另一方面,HEV因为会频繁关闭发动机,如果采用交流发电机方式,则电压变化会造成车灯闪烁以及鼓风机风量变化等问题。因此,HEV采用的是转换主电池的电压进行充电的方法。

  DC-DC转换器的电压转换原理如图3所示。主电池的直流高压在功率MOSFET中经高频开关,利用变压器降压。由二极管和平滑滤波器进行整流及平滑化之后,使其变为直流低压,注入12V电池。使用变压器的原因是为了防止某些故障导致高压施加到低压一侧时造成火灾和触电。而且,借助开关频率的高频化,变压器实现了大幅小型化。

 

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关键字:HEV  电源  高压辅机

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2011/0218/article_3293.html
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