本文將以構(gòu)成HEV系統(tǒng)的主要部件為對象，著重介紹電源系統(tǒng)和高壓輔機系統(tǒng)。電源系統(tǒng)方面主要講解電池和DC-DC轉(zhuǎn)換器等，高壓輔機系統(tǒng)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(jiān)控電池的電池監(jiān)控單元、機械式接通切斷高壓的系統(tǒng)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(gòu)成（圖1）。
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圖1：HEV的電源結(jié)構(gòu) 由電池組、DC-DC轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換器和逆變器等部件組成。 |
主電池的必要條件
當上述所有部件被包含在一個箱體內(nèi)時，稱為電池組。而且，因為是向12V電池供電，所以使用DC-DC轉(zhuǎn)換器替代了傳統(tǒng)的交流發(fā)電機。
HEV配備的主電池大致有四個特點。
一是循環(huán)壽命。HEV會頻繁地重復充電/放電。由于鉛蓄電池的循環(huán)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(jù)了主流。
二是能量密度。從燃效和行駛距離的角度出發(fā)，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）。
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圖2：各種電池的單位體積能量密度和功率密度 由此可知鋰離子充電電池最佳。 |
三是功率密度。獲得更好的加速性能需要能夠?qū)崿F(xiàn)更大功率的電池。在這一點上，鋰離子充電電池依然優(yōu)秀，但鎳氫充電電池最近也實現(xiàn)了大幅度的性能提升。
四是安全性。在偶發(fā)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(tǒng)十分重要。
必須具備高安全性的高壓絕緣系統(tǒng)
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(gòu)造和處理。發(fā)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(tǒng)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(fā)生絕緣不良時引發(fā)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(fā)布警報的系統(tǒng)。
使用DC-DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電壓
在發(fā)動機車中，交流發(fā)電機負責為12V電池充電。另一方面，HEV因為會頻繁關(guān)閉發(fā)動機，如果采用交流發(fā)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(zhuǎn)換主電池的電壓進行充電的方法。
DC-DC轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換原理如圖3所示。主電池的直流高壓在功率MOSFET中經(jīng)高頻開關(guān)，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?yōu)橹绷鞯蛪海⑷?2V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(cè)時造成火災和觸電。而且，借助開關(guān)頻率的高頻化，變壓器實現(xiàn)了大幅小型化。
關(guān)鍵字：HEV 電源 高壓輔機
圖4是豐田“雷克薩斯GS450h”使用的DC-DC轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器利用雙變壓器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了大幅的高效率化和小型化。
圖3：電力轉(zhuǎn)換的原理,經(jīng)多個過程轉(zhuǎn)換電力。
圖4：HEV用DC-DC轉(zhuǎn)換器,雷克薩斯GS450h用品。
HEV的高壓輔機系統(tǒng)
下面來介紹高壓輔機系統(tǒng)。發(fā)動機車使用發(fā)動機驅(qū)動空調(diào)用壓縮機和水泵等輔機類。但是，HEV的發(fā)動機在電動模式（EV）行駛時和停止時關(guān)閉，因此無法維持驅(qū)動力。
鑒于以上原因，為了在發(fā)動機關(guān)閉時也能夠驅(qū)動輔機類，電動化勢在必行。而且，HEV配備有高壓電池，大負荷系統(tǒng)通過采用高壓性能參數(shù)有望實現(xiàn)小型化。某些市售HEV已經(jīng)采用了這種方式。
壓縮機和水泵
HEV采用的電動壓縮機有發(fā)動機驅(qū)動力和馬達驅(qū)動力并用的混合動力型，以及單獨利用馬達驅(qū)動力的類型。單獨利用馬達驅(qū)動的類型中也有通過采用高壓性能參數(shù)實現(xiàn)小型化的種類。
圖5是單獨利用馬達驅(qū)動的電動壓縮機范例。該范例通過壓縮機、馬達、逆變器、電子控制單元（ECU）的一體化實現(xiàn)了小型化，配備的位置與發(fā)動機車的壓縮機相同。而對于利用發(fā)動機驅(qū)動的壓縮機，為了確保低轉(zhuǎn)速時的容量，壓縮機體積會相應加大。
圖5：渦旋式電動壓縮機的結(jié)構(gòu),只利用馬達進行驅(qū)動的范例。
而HEV用為馬達驅(qū)動，只需提高轉(zhuǎn)速便可縮小壓縮機體積，可以有效利用剩余空間。永久磁鐵式馬達采用IPM型，馬達線圈和逆變器的冷卻使用壓縮機冷媒。為了克服振動、溫度和耐水性等環(huán)境條件，特別考慮了部件的固定方法、散熱性和防水結(jié)構(gòu)。
電動水泵在2009年上市的“普銳斯（Prius）”上得到了采用。具有降低發(fā)動機輔機的驅(qū)動損失，提高燃效的作用。該水泵的負荷小，采用了低壓指標，但在今后，考慮到馬達、逆變器、主電池等主要部件的小型化，冷卻能力必須得到提升。在不久的將來，電動水泵估計會采用高壓指標。