1、电动汽车技术 哈尔滨理工大学电气与电子工程学院第七章第七章 电动汽车电动汽车的电气系统的电气系统Harbin University of Science and Technology 7.1 概述概述7.2 电源变换器电源变换器7.3 电气系统的电磁兼容性电气系统的电磁兼容性7.4 电动汽车的电气安全技术电动汽车的电气安全技术7.5 本章小结本章小结主要内容主要内容7.1 电动汽车的电气系统概述 郑殿宇郑殿宇 郑殿宇郑殿宇电动汽车电动汽车的电气系统的电气系统它它承担着能量与信息传递的功能，对电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。动汽车的动力性、经
2、济性、安全性和舒适性等有很大影响。电动汽车的电动汽车的电气系统电气系统低压电气系统低压电气系统高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 郑殿宇郑殿宇电动汽车的电气系统电动汽车电动汽车电气系统的结构电气系统的结构原理原理图图 郑殿宇郑殿宇 郑殿宇郑殿宇低压电气系统常见常见低压电气系统原理图低压电气系统原理图 郑殿宇郑殿宇 郑殿宇郑殿宇
3、高压电气系统电动汽车的电动汽车的高压高压电气系统电气系统构型构型根据不同的电动汽车动力系统构型，高压电气系统具有不同的电气部件。郑殿宇郑殿宇 郑殿宇郑殿宇高压电气系统7.1 概述概述7.2 电源变换器电源变换器7.3 电气系统的电磁兼容性电气系统的电磁兼容性7.4 电动汽车的电气安全技术电动汽车的电气安全技术7.5 本章小结本章小结主要内容主要内容7.2 电源变换器 郑殿宇郑殿宇 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（PowerConverter）：能够将电力能源的形式进行控制、转换的装置。按转
4、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-AC2、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 郑殿宇郑殿宇直流斩波降压变换器（Buck变换器）图7-4Buck变换器的电路原理图OinVV DontDT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；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
5、变换器 郑殿宇郑殿宇 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21oinNVV DN7.2 电源变换器 郑殿宇郑殿宇 郑殿宇郑殿宇直流斩波式升压变换器(Boost型变换器)图7-6Boost型变换器电路原理图oionTVVTt7.2 电源变换器 郑殿宇郑殿宇 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onoi
6、tVV nT7.2 电源变换器 郑殿宇郑殿宇 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 概述概述7.2 电源变换器电源变换器7.3 电气系统的电磁兼容性电气系统的电磁兼容性7.4 电动汽车的电气安全技术电动汽车的电气安全技术7.5 本章小结本章
7、小结主要内容主要内容7.3 电气系统的电磁兼容性 郑殿宇郑殿宇 郑殿宇郑殿宇电磁兼容 Electromagnetic CompatibilityBernhard 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
8、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/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 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
9、宇郑殿宇 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)PI为干扰电平PS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 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 Emission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
10、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 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
11、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。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Electromagneticinterference电
12、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Electromagneticnoise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 电气系统的电磁兼容性电磁环境Electromagneticenvironment(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”
13、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EMEEffects(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
14、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lV的手机，在可以使天线终端获得10V的有用信号场中工作正常。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5V，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(10V)仍大于已受干扰的、灵敏度已下降的接收机的要求(5V)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。
15、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 quantity)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”
16、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，在规定限值时一定限值是人为制定的一个电平，在规定限值时一定需要规定需要规定测量方法。测量方法。“允许值允许值”一词是我国过去对一词是我国过去对limit一词的译法。按一词的译法。按国家标准国家标准，应首选，应首选“限值限值”这一译名这一译名(电磁)兼容电平(EM)compat
17、ibility 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、设备或系统发射的某给定电磁骚扰电平。(骚扰源的)发射电平emission level(of a disturbance source)“某给定电磁骚扰某给定电磁骚扰”指的是某种电磁场的量，例如，指的是某种电磁场的量，例如，功率功率、电压、场强、电压、场强、频率。频率。7.3 电气系统的电磁兼容性(来自骚扰源的)发射限值emission limit(from a disturbance source)规定电磁骚扰源的最大发射电平
18、。此术语应按其解释去理解，也就是说，是人为规定的，而不是骚扰源本身的特性。发射裕量emission margin装置、设备或装置、设备或系统的系统的电磁兼容电平与发射限值之间的电磁兼容电平与发射限值之间的差值。差值。将某给定的电磁骚扰施加于某一装置、设备或系统而其仍能正常工作并保持所需性能等级时的最大骚扰电平。抗扰度电平immunity level超过此电平，该装置、设备或系统就会出现性能降低。敏感性电平，是指刚刚开始出现性能降低的电平。所以对某一装置、设备、或系统而言扰抗性电平与敏感性电平是同一个数值。7.3 电气系统的电磁兼容性抗扰度限值immunity limit规定的最小抗扰度电平。限
19、值”是人为规定的参数，而“电平”是装置、设备或系统本身的特性。抗扰度裕量immunity margin装置、设备或系统的抗扰度限值与电磁兼容电平之间的差值。(电磁)兼容裕量(electromagnetic)compatibility margin装置、设备或系统的抗扰度电平与骚扰源的发射限值之间的差值。7.3 电气系统的电磁兼容性发射/抗扰度限值、兼容电平之间的关系7.3 电气系统的电磁兼容性 郑殿宇郑殿宇 郑殿宇郑殿宇电磁噪声的传播电磁噪声的传播耦合途径耦合途径传导传导耦合耦合辐射辐射耦合耦合导线间导线间传导耦合传导耦合电导性耦合电导性耦合电容性耦合电容性耦合电感性耦合电感性耦合互互传导耦合
20、传导耦合公共公共地回路耦合地回路耦合公共公共电源耦合电源耦合天线之间天线之间电磁场对导线电磁场对导线电磁场对闭合回路电磁场对闭合回路电磁场对孔隙电磁场对孔隙7.3 电气系统的电磁兼容性 郑殿宇郑殿宇 郑殿宇郑殿宇互传导耦合互传导耦合(a)公共回路阻抗(b)公共电源阻抗7.3 电气系统的电磁兼容性 郑殿宇郑殿宇 郑殿宇郑殿宇导线间的感性与容性耦合导线间的感性与容性耦合图7-12 磁感应耦合与静电感应耦合7.3 电气系统的电磁兼容性 郑殿宇郑殿宇 郑殿宇郑殿宇减少电磁干扰减少电磁干扰措施措施屏蔽滤波接地7.1 概述概述7.2 电源变换器电源变换器7.3 电气系统的电磁兼容性电气系统的电磁兼容性7.
21、4 电动汽车的电气安全技术电动汽车的电气安全技术7.5 本章小结本章小结主要内容主要内容 郑殿宇郑殿宇 郑殿宇郑殿宇7.4 电动汽车的电气安全技术电动汽车电动汽车内复杂的内复杂的电气系统电气系统7.4 电动汽车的电气安全技术 郑殿宇郑殿宇 郑殿宇郑殿宇7.4 电动汽车的电气安全技术 郑殿宇郑殿宇 郑殿宇郑殿宇电气绝缘检测的一般方法电气绝缘检测的一般方法电流传感器辅助电源法使用一个直流110V的检测用辅助蓄电池，蓄电池正极与待测高压直流电源的负极相连，蓄电池负极与机车机壳实现一点连接。将待检测系统中电源的正极和负极一起同方向穿过电流传感器，当没有漏电流时，从电源正极流出的电流等于返回到电源负极的
22、电流。绝缘电阻测试仪7.1 概述概述7.2 电源变换器电源变换器7.3 电气系统的电磁兼容性电气系统的电磁兼容性7.4 电动汽车的电气安全技术电动汽车的电气安全技术7.5 本章小结本章小结主要内容主要内容7.5 小结 郑殿宇郑殿宇电源变换器电气系统的电磁兼容性电气系统安全电动汽车低电压和高电压电气系统升压和降压电源变换器双向电源变换器电动汽车的电磁环境电动汽车的电磁兼容性电气绝缘习题 郑殿宇郑殿宇1.简要分析电动汽车低电压电气系统的工作原理。2.简述直流斩波式升压和直流斩波式降压电源变换器的基本组成与工作原理。3.画出一种双向电源变换器的原理图并分析其工作原理。4.简述电磁兼容的要求。5.电磁噪声的主要传播途径有哪些？6.简述减少电磁干扰的主要措施？7.处理电磁兼容问题可以从哪些方面入手？
