Boost的使用考虑

发表于 2011/4/26

前面写过两篇文章，幸好由于是学习笔记的关系，话没说太满。在此综合一些材料，对这个问题进行进一步的阐述。

先看看以上的一个视频吧

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我在第二篇文章中整理发现，主电机的峰值功率远大于Boost（电池组）提供的功率，按照测试条件，电池输出的功率实质上是在汽车启动的时候（引擎关闭）使用。

而整个主电机的峰值功率，实质上是出现在汽车全力加速的时候，这个时候引擎在运转，但是分出一部分的功率进行发电（这有个转换效率的问题）。牵涉到的能量分配问题，其实是整个问题的核心，在假定车需求的输出功率一定的情况下，主电机的功率是多少？电池提供多少，而引擎直接输出多少，通过转动转换成电力提供给主电机又多少？这个题目很复杂，但是很可惜，这种模式其实并不是被丰田作为一种理想的模式，此时的热损耗太大了，使得整个功率控制单元进入了冷却模式。



关于引入boost的原因，看上去大致有两个

1.系统电压的提升，使得（主）电机在相同转速下，输出的扭矩曲线提高了



2.电子功率系统总损耗可以降低

这里首先不牵涉机械功率分配带来的好处，事实上我也很难看懂委屈这些复杂的传统系统的计算……

如前面所说，整个系统包括Boost（包括boost电感和IGBT管）、主电机逆变器IGBT和电机系统。这张图可能更能清晰的说明状况：



当前这一代（2010），比以前的继续提高了电压。

系统而言，主要损耗有包括类: 电机损耗 、逆变器（MG1）损耗、逆变器（MG2）损耗和升压器损耗【IGBT损耗和电感线圈损耗】 。这些损耗都与系统的电压有关,总的损耗与电压负相关。电机损耗可拆分为两部分：电机的线圈上的铜损(线圈的电流产生)和铁损(由铁芯的磁通量变化产生) 的总合。 逆变器损耗主要包括开关元件( IGBT)的损耗， 通过电流越小,损耗越小。升压转换器损耗是IGBT损耗和电感线圈损耗的总合，按照测试条件，其损耗是总功率的函数。

总体的进化方向是朝着总线电压高的方向发展。

按照现在的参数，丰田想要保留Boost的条件下，做EV甚至是有初始阶段EV模式的PHEV，似乎都很难实现。这是因为，整个系统大概需要保持 80～100以上的峰值功率，而想要让电池组（做大是可行的）和Boost具备这个功率，我想这个损耗会大到无法接受，而且长期工作于主电机的额定功率，Boost的消耗也不少，相信这不是一个划算的方案。Boost和高压电机驱动的方法，估计在以后的设计中难得一见。



纯电模式下的糟糕的加速性能和峰值输出功率，可能并不讨人喜欢的。

进一步猜想一下，其实Boost也是燃料电池车里头一个重要的部件。

PS：整个功率总成的东西，真的是很有趣，无数能人志士在这块地盘奋斗。不过我相信没有良好的机械和数学理论功底，想要做这个东东是天方夜谭。以下的一些文章，可能可以提供一些线索：

SAE2006-01-0666_An Analytic Foundation for the Toyota Prius THS-II Powertrain with a Comparison to a Strong Parallel Hybrid-Electric Powertrain

SAE2009-01-1321_An Analytic Foundation for the Two-Mode Hybrid-Electric Powertrain with a Comparison to the Single-Mode Toyota Prius THS-II Powertrain

SAE2011-01-0876_Kinematic Study of the GM Front-Wheel Drive Two-Mode Transmission and the Toyota Hybrid System THS-II Transmission

SAE2011-01-0948_Backward-Looking Simulation of the Toyota Prius and General Motors Two-Mode Power-Split HEV Powertrains