电动汽车技术课件：电动汽车的电气系统

1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/3/6,#,电动汽车技术,电动汽车,的电气系统,7.1,概述,7.2,电源变换器,7.3,电气系统的电磁兼容性,7.4,电动汽车的电气安全技术,7.5,本章小结,主要内容,7.1,电动汽车的电气系统概述,郑殿宇,郑殿宇,电动汽车,的电气系统,它,承担着能量与信息传递的功能，对电动汽车的动力性、经济性、安全性和舒适性等有很大影响。,电动汽车的,电气系统,低压电气系统,高压电气系统,直流,12V,或,24V,电源，一方面为灯光、雨刷等车辆的常规低压电器提供电源，另一方面为整车控制器、高压电气设备的控制电路和辅助部件提供电源。,主要由,动力电池、电源变换器和,驱动,电机等大功率、高电压,电气设备组成,，根据车辆行驶的功率需求,完成,从动力电池到驱动电机的能量,变换,与传输过程。,郑殿宇,郑殿宇,电动汽车的电气系统,电动汽车,电气系统的结构,原理,图,郑殿宇,郑殿宇,低压电气系统,常见,低压电气系统原理图,郑殿宇,郑殿宇,高压电气系统,电动汽车的,高压,电气系统,构型,根据不同的电动汽车动力系统构型，

2、高压电气系统具有不同的电气,部件,。,郑殿宇,郑殿宇,高压电气系统,7.1,概述,7.2,电源变换器,7.3,电气系统的电磁兼容性,7.4,电动汽车的电气安全技术,7.5,本章小结,主要内容,7.2,电源变换器,郑殿宇,郑殿宇,随着电力电子技术和半导体器件的发展，电源变换器尤其是,开关型电源变换器,已经可以满足电动汽车对功率和体积等方面的要求。,电源转换器（,Power Converter,）：能够将电力能源的形式进行控制、转换的装置,。,按,转换类型的不同，又可细分如下：,1,、根据转换的形式分类,：,AC-AC,、,AC-DC,、,DC-DC,、,DC-AC,2,、根据转换的方法分类,：,线性电源,、,开关电源,3,、根据调控的效果分类,：,稳压,、恒流、调频、,调相,7.2,电源变换器,郑殿宇,郑殿宇,直流斩波降压变换器（,Buck,变换器）,图,7-4 Buck,变换器的电路原理图,其中，,Vin,是输入电压；,L,、,C,分别为电感、电容，对输出电压和电流,进行稳压滤波,；,VT,为功率开关管；,VD,为续流二极管。当,VT,导通时,，,Vin,对电感和电容充电，对负载供电；

3、,当,VT,关断时,，电感放电，电容稳压。通过,VT,的交替导通与关断获得给定可调的输出电压，达到降压的,目的。,7.2,电源变换器,郑殿宇,郑殿宇,单管正,激式降压变换器,图,7-5,单管正,激式降压变压器的电路原理图,单管正,激式降压变换器，是,由电路,衍生而来，在,变压器的,原边，通过开关管,VT,的交替导通与关断，在绕组,N1,上产生占空比可调的电压脉冲，通过变压器的电磁耦合作用，变压器副边绕组,N2,的输出经过整流和滤波后输出直流电压,Vo,，,输出电压与输出电流的关系,为,7.2,电源变换器,郑殿宇,郑殿宇,直流斩波式升压,变换器,(Boost,型,变换器,),图,7-6 Boost,型变换器电路原理图,7.2,电源变换器,郑殿宇,郑殿宇,全桥逆变式变换器,图,7-7,全桥逆变式变换器的电路原理图,7.2,电源变换器,郑殿宇,郑殿宇,双向电源,变换器,在,混合动力电动汽车中，动力电池组通过双向电源变换器连接到直流母线上，以实现动力电池和燃料电池组或发电机组的功率混合。当燃料电池组或发电机组对动力电池进行充电时，双向,电源变换器起到降压作用。当动力电池通过总线释放能量时，双向

4、电源变换器起到升压作用,。,图,7-8,一种,双向,电源变换器的电路结构原理图,7.2,电源变换器,Buck,降压模式运行等效电路,Boost,升压模式运行等效电路,7.1,概述,7.2,电源变换器,7.3,电气系统的电磁兼容性,7.4,电动汽车的电气安全技术,7.5,本章小结,主要内容,7.3,电气系统,的,电磁兼容性,郑殿宇,郑殿宇,电磁兼容,Electromagnetic,Compatibility,Bernhard Keiser,：设备不相互干扰，都能,正常工作。,国际电工委员会,(IEC),、美国国防部、,IEEE,等,的名词标准字典都对,EMC,下了,定义。,EMC,学科领域范围日益扩大，现已不只,限于,电子设备本身，还涉及到电磁污染、,电磁饥饿,等一系列生态效应问题以及其他多方,面的,问题，“电磁兼容”一词似已不能,包含,EMC,学科的全部,内容。,日本：,EMC,是一门独立的学科，随着,电磁能量,利用的发展，它将研究、预测并,控制变化,着的地球和天体周围的电磁环境、,为了,协调环境所采取控制方法、各项电气,规程,的制定以及电磁环境的协调和电磁,能量的,合理应用等。,GB

5、/T 4365-1995,电磁兼容术语,：设备,或系统,在其电磁环境中能正常工作且不对该,环境中,任何事物构成不能承受的电磁骚扰的,能力。等同,采用,IEC60050,电磁兼容术语,。,7.3,电气系统,的,电磁兼容性,郑殿宇,郑殿宇,定义,设备或系统应具有抵抗给定电磁干扰的能力，并且有一定的安全余量。即它应不会因受到处于同一电磁环境中的其他设备或系统发射的电磁干扰而产生不允许的工作性能降低。,设备或系统不产生超过规定限度的电磁干扰。即它不会产生使处于同一电磁环境中的其他设备或系统出现超过规定限度的工作性能降级的电磁干扰。,7.3,电气系统,的,电磁兼容性,郑殿宇,郑殿宇,衡量,从电磁兼容性观点出发，电子设备或系统可分为兼容、不兼容和临界三种状态，用电磁干扰余量,(Interference Margin,IM),来衡量，用分贝表示：,(dB),P,I,为干扰电平,P,S,为敏感度门限电平,7.3,电气系统,的,电磁兼容性,郑殿宇,郑殿宇,从源向外发出电磁能的,现象。,包含传导发射、辐射发射，是无意的，而通信,中的,发射主要指,辐射发射。,电磁发射,Electromagnetic Emi

6、ssion,噪声,Noise,影响信号并可能使信号携带的信息产生畸变的,一种干扰。,电路中除希望信号以外的任何电信号，均定义为,噪声。,由电路非线性导致的失真电信号，虽然也不是人们,希望,的信号，但是它不称为噪声，属于电路设计,问题。,干扰,Interference,由于一种或多种发射、辐射、感应或其组合所,产生的,无用能量对电子设备的接收产生的影响，其,表现为,性能下降，误动或信息丢失，严重时出现设备,损坏,，如不存在这种无用能量则此后果可以,避免,。,噪声和干扰的区别：噪声是原因，干扰是后果；噪声,是无法,消除的，它只能被削弱到一定程度，直到它不,产生干扰,7.3,电气系统,的,电磁兼容性,郑殿宇,郑殿宇,可能损害有用信号接收的,信号,。,无用信号,Unwanted signal,干扰信号,Interfering Signal,损害有用信号接收,的信号。,电磁骚扰,electromagnetic disturbance,任何可能引起装置、设备或系统性能降低或对有,生命,或无生命物质产生损害作用的电磁,现象。,无用信号在某些条件下还是有用的无害,的。,干扰信号,任何情况下都是有害,的

7、。,过去认为“干扰”与“信号”是一个对立面，信号是,有用的,，干扰是有害的。但根据新的国家标准，信号可以,是有用,的，也可以是无用的；可以是无害的，也可能是,有害,的。取决于它的定语,电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的,变化。,进入九十年代，,IEC 60050(161),扩大了电磁骚扰的,范畴,，过去仅指电磁噪声。现在电磁骚扰还包括了,无用信号。,7.3,电气系统,的,电磁兼容性,电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的,下降。,电磁干扰,Electromagnetic interference,电磁骚扰仅仅是电磁现象，即指客观存在的一种物理,现象,；它可能引起降级或损害，但不一定已经形成后果。,电磁干扰是由电磁骚扰引起的,后果。,过去在术语上并未将物理现象与其造成的后果划分明确,，统称,为,干扰,(,interference),电磁噪声,Electromagnetic noise,一种明显不传送信息的时变电磁现象，它可能与有用信号叠加或组合。“电磁”现象包括所有的频率，除包括无线电频率（,10kHz,以上）之外，还包括之流在内的所有低频电磁现象。,7.3,电气系统,的

8、,电磁兼容性,电磁环境,Electromagnetic environment(EME),存在于给定场所的所有电磁现象的总和。,“给定场所”,即“空间”；“所有电磁现象”包括了全部,“时间”与,全部,“频谱”,。,ANSI,定义：一,个设备、分系统或系统在完成其,规定任务,时可能遇到的辐射或传导电磁发射电平在,各个不同,频段内的功率与时间分布。即存在于一个,给定位置,的电磁现象的总和。电磁环境有时可用场强,表示,。,电磁环境效应,EME Effects(E3),电磁环境对电子或电气系统、设备或装置的,工作,性能的,影响,。,包括所有电磁学科：,电磁兼容；,电磁干扰,；,电磁,易损性；,电磁,脉冲；,电子,系统抗干扰对策；,电磁辐射,对军火及易挥发物的,危害。,7.3,电气系统,的,电磁兼容性,性能降低,degradation,of,performance,装置、设备或系统的工作性能与正常性能的非,期望偏离。,此种非期望偏离,(,指向坏的方向偏离,),并不意味着,一定,会被使用者觉察，但也应视为性能降低。,一个接收灵敏度指标为,l,V,的手机，在可以使天线终端,获得,10,V,的有用信号

9、场中工作,正常。,若,由于某种电磁干扰,(,例如大干扰信号阻塞,),使该手机的,灵敏度,坏至,5,V,，此时应视为该机工作性能已降低，但,使用者,并不会觉察到通信质量下降。因其工作地点的场强,足够强,，使送至接收机的信号,(,10,V,),仍大于已受干扰的、,灵敏度,已下降的接收机的要求,(,5,V,),的,缘故。,(,对骚扰的,),抗扰度,immunity(to a disturbance),装置、设备或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的,能力。,在,GB/T4365-1995,中将,immunity,译为“抗扰性”，根据,多数,专家意见，认为译为“抗扰度”更,合适。,7.3,电气系统,的,电磁兼容性,(,电磁,),敏感性,(electromagnetic)susceptibility(EMS,),存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能避免,性能,降低的,能力。,敏感性高，抗扰度低,二者,从不同的角度反应装置、设备或系统的抗干扰的能力,军用,标体系常用敏感性这一术语；而民用标准体系惯用,抗扰度,一词,(,时变量的,),电平,level(of time varying quantit

10、y),用规定方式在规定时间间隔内求得的诸如功率或,场参数,等时变量的平均值或加权,值。,电平可用对数来表示，例如相对某一参考值的分贝数,level,一词，在强电领域习惯译为“水平”，,如,“,lightning withstand level”,译为“耐雷水平”,干扰限值,(,允许值,),limit of interference,电磁骚扰使装置、设备或系统最大允许的性能,降低。,干扰限值是性能降低的指标，而不是电磁现象的,指标。,7.3,电气系统,的,电磁兼容性,骚扰限值,(,允许值,),limit of disturbance,对应于,规定,测量方法的最大电磁骚扰允许电平,。,限值是人为制定的一个电平，在规定限值时一定,需要规定,测量方法。,“允许值”,一词是我国过去对,limit,一词的译法。按,国家标准,，应首选“限值”这一译名,(,电磁,),兼容,电平,(EM)compatibility,level,预期,加在,工作于指定条件的装置、设备或系统上规定,的最大,电磁骚扰,电平。,电磁兼容电平并非绝对最大值，而可能以小概率,超出。,用规定的方法测得的由某一装置、设备或,系统发射,

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