探索HEV系統的主要部件：電源與高壓輔機

　　本文將以構成HEV系統的主要部件為對象，著重介紹電源系統和高壓輔機系統。電源系統方面主要講解電池和DC-DC轉換器等，高壓輔機系統方面講解電動壓縮機和電動水泵等。

　　混合動力車（HEV）的電源由主電池及其冷卻裝置、監控電池的電池監控單元、機械式接通切斷高壓的系統主繼電器、防沖擊電流的預充電繼電器和寄存器、檢測電池的輸入輸出電流的電流傳感器等構成（圖1）。

主電池的必要條件

　　當上述所有部件被包含在一個箱體內時，稱為電池組。而且，因為是向12V電池供電，所以使用DC-DC轉換器替代了傳統的交流發電機。

　　HEV配備的主電池大致有四個特點。

　　一是循環壽命。HEV會頻繁地重復充電/放電。由于鉛蓄電池的循環壽命短，因此，壽命較長的鎳氫充電電池和鋰離子充電電池占據了主流。

　　二是能量密度。從燃效和行駛距離的角度出發，HEV需要體積小但能量大的電池。從能量密度的角度來看，鋰離子充電電池最佳（圖2）。

　　三是功率密度。獲得更好的加速性能需要能夠實現更大功率的電池。在這一點上，鋰離子充電電池依然優秀，但鎳氫充電電池最近也實現了大幅度的性能提升。

　　四是安全性。在偶發事故和過度充放電的情況下，電池不能著火。因此，車輛方面的封裝改進和安裝控制保護系統十分重要。

必須具備高安全性的高壓絕緣系統

　　某些HEV的主電池電壓超過了200V。這足以使人在接觸時觸電死亡。因而需要完善的絕緣構造和處理。發動機車的電池電壓為12～24V，即使觸電也不會造成問題。因此，采用的是可以簡化布線的本體地（Body Earth）接地方式。

　　但高壓系統若采用這種方式，則可能使人在誤接觸到高壓部位時觸電，或是在高壓機械發生絕緣不良時引發火災。因此，在HEV中，高壓電路沒有采用本體地，而是把負線和正線都用實線連接，使其浮動接地（Earth Float）化。通過浮動接地，人即使接觸高壓部位和車體也不會觸電。而且，考慮到進一步的安全性，有些情況下還會采用能夠檢測高壓機械和布線的絕緣不良并發布警報的系統。

使用DC-DC轉換器轉換電壓

　　在發動機車中，交流發電機負責為12V電池充電。另一方面，HEV因為會頻繁關閉發動機，如果采用交流發電機方式，則電壓變化會造成車燈閃爍以及鼓風機風量變化等問題。因此，HEV采用的是轉換主電池的電壓進行充電的方法。

　　DC-DC轉換器的電壓轉換原理如圖3所示。主電池的直流高壓在功率MOSFET中經高頻開關，利用變壓器降壓。由二極管和平滑濾波器進行整流及平滑化之后，使其變為直流低壓，注入12V電池。使用變壓器的原因是為了防止某些故障導致高壓施加到低壓一側時造成火災和觸電。而且，借助開關頻率的高頻化，變壓器實現了大幅小型化。