1、美国 奥巴马：2015年100万辆电动车上路 2011研究生汽车技术教育计划(GATE)助力电动车德国 2011年“国家电动汽车计划”50亿欧元投资2020年目标：1:45日本 2010启动“新一代汽车计划”2030年实现电驱动“All Japan”体制欧盟“欧洲统一交通区域路线图”2050年实现汽车减排40%新能源汽车生产企业及产品准入管理规则 关于开展节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知 私人购买新能源汽车试点财政补助资金管理暂行办法政策 2015年实现纯电驱动汽车保有辆达到50万辆 2020年达到200万辆规划北京是我国新能源汽车首批“十城千辆”示范城市以及“私人购买新能源汽车”试点城
2、市之一2009年以来，北京市已投入科研经费5亿元，累计34款纯电动汽车列入国家汽车产品公告计划2015年底拥有5000辆纯电动公共领域用车和30000辆私人购买新能源汽车已经开发了多种纯电动客车、特种车、乘用车车型，创建了整车销售、整车租赁以及裸车销售、电池租赁等不同的商业模式共建设大型充/换电站十余处，安装充电桩数千个现有的专用车大多采用燃油发动机系统（部分车型采用双发动机系统），具有能耗高、噪声大、排放差等特点，成为城市空气污染的主要来源之一。柴油发动机的车型产生的细微颗粒物排放，更是城市雾霾（PM2.5）的重要因素之一。环境改善p 纯电动专用车具有零排放和低噪声的特点，能够有效缓解能源和
3、环境压力。截至2012年12月，项目累计生产相关类型电动车辆超过2200辆。建立了国际上技术水平最高、运行规模最大的纯电动专用车队，在北京和成都市城区得到批量应用，其中仅在北京市已交付纯电动环卫车辆1103辆、物流车40辆。序号序号底盘型号底盘型号生产数量生产数量生产年份生产年份产能产能1 1BJ1071VDE0A-1BJ1071VDE0A24200910000辆/年245201012920114020122 2BJ1020EV6/BJ1020EV7BJ1020EV8/BJ1020EV9BJ1020EV10755201020000辆/年32620113 3BJ1031EVJA1/BJ1031E
4、VJA2525201120000辆/年4020124 4BJ5163EKF0D6020105000辆/年5 5BJ5036XXYEV-1402012合计合计218455000辆/年序号序号车辆型号车辆型号车辆类型车辆类型生产年份生产年份数量数量1HLT5074ZYSEV纯电动压缩式垃圾车2009102HLT5162GSSEV纯电动洒水车200963HLT5074ZYSEVHLT5076ZYSEV纯电动压缩式垃圾车2010554HLT5071ZZZEVHLT5072ZZZEV纯电动自装卸式垃圾车20101305HLT5165GSSEV纯电动洒水车2010606HLT5022ZLJEV纯电动自卸式
5、垃圾车20102207HLT5024CTYEV纯电动桶装垃圾运输车20101758HLT5026CTYEV纯电动桶装垃圾运输车20103609HLT5074ZYSEVHLT5076ZYSEV纯电动压缩式垃圾车20112510HLT5071ZZZEVHLT5072ZZZEV纯电动自装卸式垃圾车20113211HLT5023ZLJEV纯电动自卸式垃圾车201134612HLT5031 CTYEV纯电动桶装垃圾运输车201125013HLT5032 CTYEV纯电动桶装垃圾运输车2011275合计1944序号序号车辆型号车辆型号车辆名称车辆名称生产年份生产年份数量数量1BTL5071TSLEV纯电动
6、吸尘车200812BTL5072TSLEV纯电动吸尘车201023BTL5072TSLEV纯电动吸尘车2011404BTL5071TSLEVBTL5072TSLEV纯电动吸尘车201237合计80序号序号车辆型号车辆型号车辆名称车辆名称生产年份生产年份数量数量1SCZ5160GSSBEV纯电动洒水车201290合计90电动汽车专用：电动汽车专用：n主电机驱动系统主电机驱动系统n 使用高压供电的辅助电机驱动系统，如：水泵、使用高压供电的辅助电机驱动系统，如：水泵、气泵、转向油泵、操控电机、空调电机、上装电机气泵、转向油泵、操控电机、空调电机、上装电机驱动驱动n 车载充电机、地面充电机车载充电机、
7、地面充电机n 高压高压DC/DCDC/DCn 电池均衡器电池均衡器汽车电子：汽车电子：车载低压电池供电的各类功率变换装置车载低压电池供电的各类功率变换装置n 电力电子技术的广义概念电力电子技术的广义概念n 电力电子技术的工程概念电力电子技术的工程概念n 电机控制理论的概念电机控制理论的概念n 电机驱动技术的概念电机驱动技术的概念n 电力电子技术的广义概念电力电子技术的广义概念 通过电子技术对半导体装置进行控制，实现功率变通过电子技术对半导体装置进行控制，实现功率变换的技术。换的技术。电力电子技术是一门跨学科垮领域的技术，它是相电力电子技术是一门跨学科垮领域的技术，它是相关电力技术电子技术的有机
8、结合，并在此基础上逐关电力技术电子技术的有机结合，并在此基础上逐渐发展完善的成学科成体系的学术领域。渐发展完善的成学科成体系的学术领域。技术涵盖：技术涵盖：半导体的理论研究、和生产制造。（未来的发展：半导体的理论研究、和生产制造。（未来的发展：碳化硅技术）碳化硅技术）功率半导体器件的分类和工作特性：功率半导体器件的分类和工作特性：主要：二极管主要：二极管 MOSFET MOSFET 晶闸管晶闸管 GTO IGBT IGCT GTO IGBT IGCT 功率半导体驱动技术功率半导体驱动技术变流器主回路设计技术变流器主回路设计技术变流器控制技术变流器控制技术 二极管特性（基础）：二极管特性（基础）
9、：通态管压降和损耗通态管压降和损耗结电容和高频特性结电容和高频特性换向损耗（很重要，但是容易被忽视）换向损耗（很重要，但是容易被忽视）二极管的基本应用：二极管的基本应用：整流、续流、限幅整流、续流、限幅/钳位、稳压钳位、稳压电力二极管：电力二极管：整流、快恢、肖特基整流、快恢、肖特基晶闸管（又称可控硅，晶闸管（又称可控硅，SCR)SCR)：在电力电子器件中，它能承受的电压和电流仍然是在电力电子器件中，它能承受的电压和电流仍然是目前最高的，且工作可靠，因此在大容量的应用场目前最高的，且工作可靠，因此在大容量的应用场合占有重要的地位。因此，在电动汽车预充电环节合占有重要的地位。因此，在电动汽车预充
10、电环节大量使用。大量使用。正反馈深度饱和导通正反馈深度饱和导通:（使用强触发脉冲列的原因）（使用强触发脉冲列的原因）相控调压控制：地面大功率充电机部分产品使用该相控调压控制：地面大功率充电机部分产品使用该技术技术(该模式下强触发脉冲列非常重要）该模式下强触发脉冲列非常重要）换向损耗（很重要，但是容易被忽视）换向损耗（很重要，但是容易被忽视）GTOGTO（门极可关断晶闸管（门极可关断晶闸管)：门极正脉冲使其导通，负脉冲使其关断。门极正脉冲使其导通，负脉冲使其关断。在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用但驱动功率需求非常大，其电流开关增益只有但驱动功率需求非常
11、大，其电流开关增益只有5 5左右。左右。虽然开关时间较虽然开关时间较SRCSRC快的多，但任然较长，导致开关快的多，但任然较长，导致开关损耗大，开关频率低。损耗大，开关频率低。电力电力MOSFETMOSFET（特点和（特点和GTOGTO相反相反)：用栅极电压来控制漏电流，驱动电路简单，所需驱用栅极电压来控制漏电流，驱动电路简单，所需驱动功率小，开关速度快，工作频率高。动功率小，开关速度快，工作频率高。但电流容量小，耐压低，一般只适合但电流容量小，耐压低，一般只适合10kW10kW以下的电以下的电力电子装置。力电子装置。因此在电动汽车应用领域，特别是小功率电动汽车因此在电动汽车应用领域，特别是小
12、功率电动汽车功率变换装置中大量使用功率变换装置中大量使用MOSFETMOSFET，其中各类低压，其中各类低压DC/DC/DCDC变换装置几乎都用的是变换装置几乎都用的是MOSFETMOSFET。传统的汽车电子。传统的汽车电子领域同样也大量使用领域同样也大量使用MOSFETMOSFET。MOSFETMOSFET的实际使用特点：的实际使用特点：以以MOSFETMOSFET为核心功率器件的电动汽车电力电子装置，为核心功率器件的电动汽车电力电子装置，如果有故障和损毁，一般问题都出在如果有故障和损毁，一般问题都出在MOSFETMOSFET（俗称（俗称M MOSOS管）。其中管）。其中90%90%以上的原
13、因是瞬间过流，其次是吸以上的原因是瞬间过流，其次是吸收电路失效，瞬间过压损毁，再次触发信号不到位，收电路失效，瞬间过压损毁，再次触发信号不到位，使其工作在线性区，最后可能就是散热条件不足。使其工作在线性区，最后可能就是散热条件不足。目前大部分的开关电源使用的是目前大部分的开关电源使用的是MOSFETMOSFET，电动汽车，电动汽车中许多控制装置的开关也在使用中许多控制装置的开关也在使用MOSFETMOSFETIGBTIGBT（绝缘栅极晶体管（绝缘栅极晶体管)：是电动汽车电力电子技术的核心部件，其开关速度是电动汽车电力电子技术的核心部件，其开关速度高，开关损耗小。其开关频率比高，开关损耗小。其开
14、关频率比GTOGTO要高的多，但比要高的多，但比MOSFETMOSFET低，开关损耗与电力低，开关损耗与电力MOSFETMOSFET相当。相当。通态压降比电力通态压降比电力MOSFETMOSFET低，特别是在电流较大的区低，特别是在电流较大的区域域输入阻抗高，驱动电流小，驱动电路简单输入阻抗高，驱动电流小，驱动电路简单电压、电流容量比电力电压、电流容量比电力MOSFETMOSFET高的多高的多目前的发展已有取代目前的发展已有取代GTOGTO的趋势的趋势应用及技术发展：应用及技术发展：不控器件：不控整流技术（基础）不控器件：不控整流技术（基础）半控技术：可控整流技术、固态继电器、中频自激半控技术
15、：可控整流技术、固态继电器、中频自激技术技术全控技术：全控技术：PWMPWM逆变，逆变，DC/DC,AC/DC,DC/AC,AC/ACDC/DC,AC/DC,DC/AC,AC/AC不控整流技术：不控整流技术：主要在车载，或地面充电机的前端，或隔离高频开主要在车载，或地面充电机的前端，或隔离高频开关电源的次级使用。关电源的次级使用。可控整流技术：可控整流技术：主要在地面充电机。主要在地面充电机。全控桥整流全控桥整流半控桥整流半控桥整流预充电：预充电：优点：工作可靠，使用寿命长，成本低优点：工作可靠，使用寿命长，成本低缺点：有损耗，影响效率，需要散热缺点：有损耗，影响效率，需要散热全控技术：全控技
16、术：电机驱动技术电机驱动技术开关电源技术开关电源技术电力电子技术在电动车方面主要的应用是电机驱动电力电子技术在电动车方面主要的应用是电机驱动和开关电源技术，其中如车载充电机，车载高压和开关电源技术，其中如车载充电机，车载高压DC/DC/DCDC使用的就是开关电源技术。使用的就是开关电源技术。开关电源是采用功率半导体器件作为开关元件，通开关电源是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性地控制开关元件的通断时间或通断的频率过周期性地控制开关元件的通断时间或通断的频率来调整或维持输出电压恒定的装置。来调整或维持输出电压恒定的装置。特点：特点：高频化高频化模块化模块化数字化数字化绿色化绿色化未来的技
17、术突破：谐振技术未来的技术突破：谐振技术软开关包括零压开关（软开关包括零压开关（ZVS）和零流开关（）和零流开关（ZCS）。）。它们都是应用电路谐振原理实现开关动作时电压或它们都是应用电路谐振原理实现开关动作时电压或电流为零，实现开关损耗为零。电流为零，实现开关损耗为零。BUCK型型ZCS-PWM变换电路变换电路BUCK型型ZVS-PWM变换电路变换电路目前，已有数百种在上述基础上经过变形的目前，已有数百种在上述基础上经过变形的谐振型电路，目前有些车载谐振型电路，目前有些车载DC/DC装置采用装置采用了该技术了该技术从从20世纪世纪80年代初开始，国际电源界研究开发同年代初开始，国际电源界研究
18、开发同步整流技术。当电路的输出电压非常低时，若仍然步整流技术。当电路的输出电压非常低时，若仍然采用二极管就使得效率难于提高，可采用同步整流采用二极管就使得效率难于提高，可采用同步整流技术，也就是采用通态电阻非常小（几毫欧）的技术，也就是采用通态电阻非常小（几毫欧）的MOS管，代替肖特基管，用于低压、大电流输出的管，代替肖特基管，用于低压、大电流输出的DC/DC变换器中。（简称变换器中。（简称SR）电压自驱动电压自驱动SR-正激变换器及理想驱动电压波形正激变换器及理想驱动电压波形主要应用在低压主要应用在低压DC/DC变换模块，如变换模块，如5V/3.3V,5V/1.8V,3.3V/1.8V,12
19、V/5V(大电流大电流)等控制电路的电压变等控制电路的电压变换上。换上。电池模拟器是开发电动汽车电机驱动系统的重要装电池模拟器是开发电动汽车电机驱动系统的重要装置，是电力电子技术的一种典型应用：置，是电力电子技术的一种典型应用：关键是实现功率的双向流动关键是实现功率的双向流动n电动车辆实验台用电池模拟电源的重要作用表现在如下两个方面：电动车辆实验台用电池模拟电源的重要作用表现在如下两个方面：1 1）能输出可调的直流电压，模拟电池输）能输出可调的直流电压，模拟电池输出特性出特性 2 2）电机制动的能量回馈）电机制动的能量回馈 采用回馈并网，较能耗制动更节约能源，对节约能源有重要意义。采用回馈并网
20、，较能耗制动更节约能源，对节约能源有重要意义。对于电压型逆变桥而言对于电压型逆变桥而言,输出电压依赖输出电压依赖于它所对应的逆变桥臂上下功率管开关的于它所对应的逆变桥臂上下功率管开关的状态。电压型逆变桥有状态。电压型逆变桥有8 8 种空间状态种空间状态,这这8 8 种空间状态用空间电压矢量的概念来表示种空间状态用空间电压矢量的概念来表示,如右下图所示。如右下图所示。从图中可以看出从图中可以看出,状态状态V Vs1s1到状态到状态VsVs6 6为工为工作有效状态作有效状态,可以看出可以看出6 6 个空间矢量在直个空间矢量在直流电压不变，忽略管压降的前提下幅值相流电压不变，忽略管压降的前提下幅值相
21、等相位差等相位差/3/3 电角度电角度,V,Vs7s7和和V Vs8s8状态为自由状态为自由轮换状态，实际上是一种特殊的通过逆变轮换状态，实际上是一种特殊的通过逆变桥的短路状态。桥的短路状态。实现实现SVPWM的方法很多，例如，一种最简单的方法是将两个非零矢量和一个零矢量的方法很多，例如，一种最简单的方法是将两个非零矢量和一个零矢量合成一个等效的电压矢量合成一个等效的电压矢量Uout在右图中，可以看到在某个时刻在右图中，可以看到在某个时刻Uout旋转到某个区域中，就旋转到某个区域中，就由组成这个区域的两个非零矢量由组成这个区域的两个非零矢量Ux和和Ux60分别作用分别作用T1，T2时间，先作用的时间，先作用的Ux称为主称为主矢量，后作用的矢量，后作用的Ux60称为辅矢量，时间分解如图称为辅矢量，时间分解如图2.23所示。为补偿所示。为补偿Uout的旋转频率，的旋转频率，插入零矢量，作用时间插入零矢量，作用时间T0。通过控制。通过控制T1，T2 和和T0的比例关系获得需求的的比例关系获得需求的Uout输出。输出。
