厂商有推哪些适用于混合动力汽车应用中的功能器件?
复合动力电动汽车有两种基本的工作方式,即串联式、并联式和串并联(或称混联)式。
针对混合动力汽车(HEV/PHEV),厂商们大力推广的功能器件主要集中在实现能量高效转换、精确控制和确保系统安全稳定的核心电力电子与电控部件上。以下是一些关键的器件类别:
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高压DC-DC转换器 (High Voltage DC-DC Converter):
- 功能: 在高压电池包(通常数百伏)与车载低压系统(12V或48V)之间进行电压转换,为传统电气设备(灯光、音响、ECU等)提供电力,并对低压蓄电池进行充电。这是混动系统必不可少的“桥梁”部件。
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电池管理系统 (Battery Management System - BMS):
- 功能: 对高压电池包进行全面的监控、管理和保护。核心任务包括单体/模组电压/温度监控、荷电状态估算、电池均衡管理、热管理控制、充放电电流限制、过充/过放/短路/过温等保护功能、状态诊断以及与整车通讯。这是确保电池安全、性能和寿命的核心大脑。
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车载充电机 (On-Board Charger - OBC):
- 功能: 尤其针对插电式混动(PHEV), 将外部交流电网的电能(AC)转换为适合高压电池充电的直流电能(DC),并管理充电过程。越来越多的现代OBC是双向的,支持车辆到负载功能。
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高压配电盒 (Power Distribution Unit - PDU):
- 功能: 作为高压电气系统的核心配电枢纽。它连接高压电池包,并通过内置的熔断器、接触器、预充电路等,将高压电安全、可靠地分配给下游各高压用电器件,如逆变器、DC-DC、OBC、PTC加热器、电动空调压缩机等。
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牵引电机逆变器 (Traction Inverter / Motor Controller):
- 功能: 功率最大的核心器件。它将电池输出的直流电(DC)转换为可精确控制的三相交流电(AC),以驱动牵引电机。同时,在制动能量回收时,它将电机产生的交流电整流回直流电给电池充电。逆变器需要极高的功率密度、效率和可靠性。
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电动空调压缩机控制器/驱动器:
- 功能: 传统由发动机皮带驱动的空调压缩机在混动车上由高压电驱动的电动压缩机取代。其控制器负责驱动压缩机电机,实现智能、高效的空调制冷/制热控制,尤其在发动机停机时保证乘客舱舒适性。
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高压热管理控制器与执行器:
- 功能: 包括用于管理电池、电机、逆变器温控回路中冷却液流量和温度的控制阀(如水阀)、高压电加热器(用于快速制热/电池加热,如PTC)、电子水泵等部件。
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电机位置传感器接口/处理单元:
- 功能: 精确检测转子位置(常见旋转变压器或霍尔传感器),并将信号转换为逆变器控制器可以使用的形式,以实现对电机转矩和转速的精准控制。
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高压连接器与线束:
- 功能: 安全可靠的高压接插件(连接器)和高规格的屏蔽线束是连接整个高压系统的“血管和关节”,其屏蔽性、插拔次数、耐压耐温、密封性(防护等级)要求极高,是安全的关键保障。
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预充电电路:
- 功能: 在闭合电池主接触器之前,通过限流电阻(和预充接触器)对下游电容进行预充电,防止电容瞬间短路导致的巨大电流冲击和接触器损坏。这是系统安全启动和关闭的关键步骤。
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高压接触器:
- 功能: 用来接通和分断高压主回路(正极、负极)。有手动维修开关、电池主接触器、预充接触器等。是高压系统安全通断的执行机构。
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高压隔离监测单元:
- 功能: 持续监测整个高压回路(包括电池包)相对于车辆底盘(地)的绝缘电阻,一旦检测到绝缘失效(可能导致触电风险),立即触发报警和必要的保护措施(如断开主接触器)。
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驱动电机、发电机:
- 功能: 混动系统专用电机(永磁同步电机应用最广),作为核心动力源和能量回收的执行部件。厂商(尤其是具备电机能力的供应商)通常会提供配套的电机控制器或集成的电驱单元。
技术特点与发展方向:
- 高效率: 所有功率器件都在追求更低的开关损耗和导通损耗,比如采用SiC MOSFET替代部分IGBT。
- 高功率密度: 追求小型化轻量化,要求封装技术和热管理技术不断进步。
- 高度集成: 二合一、三合一甚至更多功能(如逆变器+DC-DC+OBC+PDU的集成方案)成为趋势。
- 高可靠性 & 安全性: 冗余设计、功能安全标准(ISO 26262 ASIL等级)要求越来越高。
- 智能化: 更好的与整车域控制器通讯,实现更优的能量管理策略(EMS)。
- 成本控制: 随着规模扩大和技术成熟,持续降本是推动混动普及的关键。
这些器件协同工作,共同构成了混合动力汽车高效运行、实现多种工作模式(纯电、混动、制动回收)、保障安全和延长电池寿命的技术基础。主要供应商包括博世、大陆、法雷奥、采埃孚、日电产、麦格纳、博格华纳以及国内的华为、汇川技术、联合电子、巨一科技等。
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