現代電力電子技術在比亞迪DM和奇瑞DHT的應用

馮 強，李志紅

（1.國家知識產權局專利局專利審查協作天津中心，天津 300304；2.天津城市建設管理職業技術學院，天津 300134）

1 混合動力系統

插電式混合動力汽車是介于純電動汽車與燃油汽車之間的一種新能源汽車。它既有傳統汽車的發動機、變速器等，也有純電動汽車的電池、電機和電控，而且配有充電接口。總體來說，它綜合了純電動汽車和常規混合動力汽車的優點，既可實現純電動、零排放行駛，也能通過混動模式增加車輛續駛里程。

國內自主混動汽車經過多年研發，目前主流的混動系統包括有比亞迪的DM、長城的DHT、奇瑞的DHT等，國內各主流混動系統在燃油經濟性、穩定性、道路適應性以及成本控制等方面各有側重和優勢，現在各個車企在國內已經公開的混動技術專利包括發明專利、實用新型專利和外觀專利見表1。

通過表1可知，比亞迪在混動領域起步早專利布局廣，已經公開混動技術專利數量最多，奇瑞雖然數量不如比亞迪多，但是其發明專利在整個已公開專利中占比最高，技術含量相對較高，這也符合奇瑞汽車技術流的定位。

表1 車企國內已公開混動技術專利 件

2020年度插電式混動乘用車市場份額如圖1所示，基本自主品牌汽車能和合資品牌平分秋色，而且隨著時間的推移，越來越多的自主品牌汽車在插電式混動領域發力，自主品牌汽車將超過并逐步拉開與合資品牌的差距。

圖1 插電式混動乘用車市場份額（2020年）

2 比亞迪DM混動架構

比亞迪兩驅車型DM系統的架構如圖2所示，搭載1.5Ti渦輪增壓+缸內直噴發動機+6速DCT，轉速在5200r/min時達到最高功率113kW，轉速在1750～3500r/min時最大轉矩達240Nm；搭載比亞迪研發的高轉速、大功率交流永磁同步驅動電機，電機的最高轉速可達12000r/min，最大功率達110kW，在0～5200r/min能輸出最大轉矩為250Nm；在HEV模式下，發動機和電機共同工作，能在1750～3500r/min爆發出479Nm的最大轉矩，百千米加速時間僅為5.9s。其主要工作模式包括：純電工作模式（EV模式）、穩定發電模式、混動模式（HEV模式）、燃油驅動模式、能量回饋工作模式。

圖2 比亞迪DM混動架構

比亞迪DM架構采用和本田IMMD架構類似的混動架構，雖然技術創新有限，但是其成本控制非常優秀，再加上有比亞迪刀片電池技術在電池上的光環加持，提升了整個系統的穩定性，通過近幾年的市場反饋，比亞迪DM混動系列獲得了市場充分的認可。

3 奇瑞DHT混動架構

奇瑞DHT系統的架構如圖3所示，采用混動專用1.5T發動機、多擋變速器外加前后3臺電機，使得整車0-100km/h低于5s，綜合工況油耗低至1.25L/100km。其主要工作模式包括：單/雙電機驅動、增程、并聯、發動機直驅、單/雙電機制動能量回收、行車/駐車充電燈9種高效能工作模式。

圖3 奇瑞DHT混動架構

奇瑞DHT系統復雜度極高，同樣以兩驅混動架構舉例，現有車企均為單電機，而奇瑞DHT采用了2個電機，輸出功率高，動力強勁，整體動力源包括2個電機以及奇瑞1.5T發動機，再搭配3擋雙離合變速器，其最終可以產生11個擋位，道路適應能力更強，理論上混動的完成度最高，但是同時由于結構復雜，在成本控制上以及系統穩定上還需要市場進一步的檢驗。

4 電力電子技術在兩種混動系統的應用

不管是比亞迪的DM混動還是奇瑞的DHT混動，其內部不可或缺的均存在電機驅動系統，電機驅動系統包括電機、逆變器以及電池，其作用是在純電工作模式以及混動模式時提供正常行駛動能，并且在能量回饋工作模式時對減速制動能量進行回饋。逆變器是該系統的執行機構，設置在電機和電池之間，是“三電”核心技術一部分。

典型的逆變器原理圖如圖4所示，逆變器核心部件是采用了現代電力電子技術的功率半導體器件IGBT模塊，IGBT模塊長期被英飛凌、富士電機等海外公司壟斷，全球IGBT模塊前十的公司，國內只有斯達半導體，也僅占據不到3%的份額，2019年全球IGBT模塊市場份額如圖5所示。雖然國內廠商對于IGBT模塊市場份額較少，但是已經開始發力，尤其比亞迪旗下的半導體公司能自主生產IGBT模塊，在完全實現比亞迪內部使用的同時還可以向外有限供應，尤其現在處在第三代IGBT市場化的階段，碳化硅基IGBT正逐步取代傳統的硅基IGBT，這也給了國內半導體廠商發力的新領域。碳化硅基IGBT具有耐高溫、耐高壓、損耗低和開關頻率高的優點，其作為混動汽車逆變器能明顯帶來以下3點性能提升：①顯著提高電機驅動系統逆變器的功率密度、減少成本；②提高電機驅動系統逆變器的效率；③提高電機驅動系統逆變器的可靠性。

圖4 典型的逆變器原理圖

圖5 全球IGBT模塊市場份額（2019年）

5 結論

本文首先對國內自主混動車企專利布局情況進行研究，而后對國內自主混動系統典型的比亞迪DM混動系統和奇瑞DHT混動系統進行了介紹和對比，并針對二者中共有的電機驅動系統，電力電子半導體器件IGBT模塊在其中的應用進行了分析，多角度對混動系統進行探究，希望對相關行業以及從業人員提供一定的借鑒和參考。