電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)與原理 第5章_電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)
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1、第5章電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng),5.1電氣系統(tǒng)概述5.2電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)5.3功率變換器5.4電動(dòng)汽車高壓安全5.5電氣系統(tǒng)的電磁兼容性,5.1電氣系統(tǒng)概述,電動(dòng)汽車的“神經(jīng)” 分類:低壓電氣系統(tǒng)、高壓電氣系統(tǒng),圖5-1電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理,圖5-2典型的電動(dòng)汽車高低壓電路原理,1、低壓電氣系統(tǒng) (1)組成:DC/DC功率變換器、輔助蓄電池和若干低壓電器設(shè)備。如圖5-3所示。 (2)低壓電器設(shè)備主要包括燈光系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)和娛樂(lè)系統(tǒng)等。 (3)燃油汽車的輔助蓄電池與發(fā)動(dòng)機(jī)相連由發(fā)電機(jī)來(lái)充電,而電動(dòng)汽車的輔助蓄電池則由動(dòng)力電池通過(guò)DC/DC變換器來(lái)充電。,圖5-3常見(jiàn)低壓電氣原理,(2)圖5-4所示
2、,動(dòng)力電池的高壓能量從正極出發(fā),首先通過(guò)位于駕駛員操控臺(tái)的高壓開(kāi)關(guān)DK1,該開(kāi)關(guān)受低壓控制,作為整車高壓電源的總開(kāi)關(guān)及充電開(kāi)關(guān)。經(jīng)線路2可以進(jìn)行充電操作,經(jīng)線路3與主電機(jī)控制器(通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛)、直流電源變換器(為低壓電源充電)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器(控制轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu))、制動(dòng)控制系統(tǒng)控制器(控制和驅(qū)動(dòng)氣泵提供制動(dòng)能量)及冷暖一體化空調(diào),最后經(jīng)過(guò)分流器FL流回負(fù)極,分流器的作用是檢測(cè)高壓線路中的電流值。,2、高壓電氣系統(tǒng),(1)組成:動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和功率變換器等大功率、高電壓的電氣設(shè)備。,圖5-4整車高壓電氣系統(tǒng)原理,圖5-5高壓電器組成部件設(shè)計(jì)圖與實(shí)物圖,5.2電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng),5.2.1
3、電動(dòng)汽車空調(diào)的發(fā)展現(xiàn)狀,1、空調(diào)系統(tǒng)是傳統(tǒng)汽車和電動(dòng)汽車功耗最大的輔助子系統(tǒng),它的功耗占所有輔助子系統(tǒng)功耗的60%以上。,2、與傳統(tǒng)汽車空調(diào)系統(tǒng)不同: (1)需要采用熱泵型空調(diào)系統(tǒng)或輔助加熱器; (2)壓縮機(jī)可以采用電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。,克萊森新型貨車電動(dòng)空調(diào),工程車電動(dòng)空調(diào), 電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)空調(diào)系統(tǒng)可以采用全封閉的HFC134a(目前汽車空調(diào)主要用制冷劑)系統(tǒng)及制冷劑回收技術(shù),整體的高度密封性可以減小正常運(yùn)行以及修理維護(hù)時(shí)制冷劑的泄漏損失,從而減少了對(duì)環(huán)境的污染。 電動(dòng)空調(diào)的壓縮機(jī)靠電機(jī)驅(qū)動(dòng),因此可以通過(guò)精確的控制以及在常見(jiàn)熱負(fù)荷工況下的高效率運(yùn)行來(lái)降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗,從而提高整車的經(jīng)濟(jì)性。,3、
4、電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)(與傳統(tǒng)相比):, 采用電驅(qū)動(dòng),噪聲較低、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、故障率低。 對(duì)于一體式電動(dòng)壓縮機(jī),取消了發(fā)動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)之間的傳動(dòng)帶,沒(méi)有了張緊件的質(zhì)量,相對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)減小了整車質(zhì)量。 可以在上車之前預(yù)先遙控起動(dòng)電動(dòng)空調(diào),對(duì)車廂內(nèi)的空氣進(jìn)行預(yù)先調(diào)節(jié),相比傳統(tǒng)空調(diào)可增加乘客的舒適性。,圖5-6電動(dòng)空調(diào)的應(yīng)用示例,5.2.2技術(shù)特點(diǎn), 可實(shí)現(xiàn)完全由空調(diào)自身獨(dú)立實(shí)現(xiàn)制冷、制熱功能。 可根據(jù)車廂內(nèi)熱負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)制冷量輸出,達(dá)到節(jié)能降耗的要求。 壓縮機(jī)直接由電驅(qū)動(dòng),這對(duì)于電動(dòng)客車而言,動(dòng)力機(jī)構(gòu)不再布置在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi),整個(gè)系統(tǒng)可集成設(shè)計(jì)全部放在車頂。, 采用制冷能力更強(qiáng)的R407C制冷劑
5、(傳統(tǒng)燃油汽車普遍采用R134a制冷劑),減少產(chǎn)品尺寸,減少能源消耗。, 電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速的電動(dòng)一體化壓縮機(jī)取代了傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)方式的壓縮機(jī);由于取消了冷卻系統(tǒng),將采用電加熱器進(jìn)行冬天供暖。,暖風(fēng)機(jī)空調(diào)系列-加熱器.PTC加熱器,5.2.3關(guān)鍵部件及控制技術(shù),(1)全封閉柔性渦旋壓縮機(jī),效率高、體積小、質(zhì)量輕、噪聲低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)。 有內(nèi)置AC380V3P、50Hz(60Hz)電機(jī)可以直接由電驅(qū)動(dòng),沒(méi)有開(kāi)放式活塞壓縮機(jī)的缺點(diǎn)。 裝車的安裝方式,運(yùn)行的可靠性和性能是設(shè)計(jì)和測(cè)試的關(guān)鍵。,24V渦旋式空調(diào)壓縮機(jī),旋渦式空調(diào)壓縮機(jī)原理,互錯(cuò)開(kāi)180度的渦旋葉片圈組合一對(duì)嚙合,動(dòng)圈2以回旋
6、半徑的圓作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 動(dòng)圈渦旋中心繞定圈渦旋中心連續(xù)公轉(zhuǎn),原最大的月牙容積實(shí)現(xiàn)abc的壓縮,達(dá)到預(yù)定壓力,由排氣口9排出 動(dòng)圈和定圈的外周形成吸氣容積4、8 ,如此周而復(fù)始地吸氣、壓縮、排氣,12,(2)高效率的制冷劑,采用制冷能力更強(qiáng)的R407C制冷劑。 R407C的導(dǎo)熱系數(shù)高,粘度系數(shù)小,在同等條件下,其換熱系數(shù)高。管道的阻力損失也小,這對(duì)提高系統(tǒng)能效比、減小系統(tǒng),減少車輛自重,節(jié)約成本有著不可低估的作用。 相比于傳統(tǒng)的R134a制冷劑,其破壞臭氧層潛能(ODP)、全球溫室效應(yīng)潛能(GWP)較小。,(3)高效傳熱和散熱機(jī)構(gòu),傳統(tǒng)管片式兩器傳熱管為9.52mm,為市場(chǎng)使用主流。 相比之下,7m
7、m傳熱管有著重量輕、傳熱效率高、制冷劑使用少的優(yōu)點(diǎn)。 管片式冷凝器一般采用銅管鋁片式,但存在換熱效率不足的缺陷,全銅翅片的應(yīng)用使得在有限的空間內(nèi)將芯體的制冷能力發(fā)揮到極致。,(4)全焊接、高集成,電動(dòng)壓縮機(jī),安裝不受發(fā)動(dòng)機(jī)位置的限制,將兩器、壓縮機(jī)、系統(tǒng)管路、電器控制單元集成為一體。這種結(jié)構(gòu)使得安裝與維修變得非常的簡(jiǎn)單。 整個(gè)系統(tǒng)采用全焊接形式,實(shí)現(xiàn)制冷劑的零泄漏。 技術(shù)難點(diǎn):壓縮機(jī)、冷凝風(fēng)扇體積較大,殼體內(nèi)有兩套單獨(dú)系統(tǒng),因此零部件較多,所以整個(gè)零部件的布置和產(chǎn)品造型是很大的難點(diǎn)。,(5)變頻器技術(shù),隨著電動(dòng)壓縮機(jī)技術(shù)的成熟,一種基于電動(dòng)壓縮機(jī)控制的變頻器孕育而生。 此變頻器專用于車載空調(diào)
8、交流異步電機(jī)的啟動(dòng)和運(yùn)行,采用脈寬調(diào)制方式,變頻變壓,主電路專門(mén)針對(duì)電車電網(wǎng)設(shè)計(jì),能在頻繁的浪涌電壓、電流下可靠工作。 主開(kāi)關(guān)器件使用IGBT,體積小,效率高,能實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的柔性快速啟動(dòng)和變速運(yùn)行。,(6)智能化模糊控制,隨著人們對(duì)客車空調(diào)系統(tǒng)功能要求的提高,一種基于智能化、人性化的控制器逐步運(yùn)用于電車空調(diào)系統(tǒng)。 他不僅能夠完成傳統(tǒng)空調(diào)的功能,而且能夠根據(jù)車內(nèi)負(fù)荷大小自動(dòng)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而使空調(diào)達(dá)到最佳節(jié)能效果。,(7)獨(dú)特的控制系統(tǒng), 電流保護(hù)設(shè)計(jì)。 電壓保護(hù)設(shè)計(jì)。 采用IGBT、IPM智能模塊。 具備軟起動(dòng)特性,使機(jī)組可以正常起動(dòng)。 防液激保護(hù)設(shè)計(jì)。 系統(tǒng)壓力保護(hù)設(shè)計(jì)。 壓縮機(jī)單機(jī)運(yùn)
9、行保護(hù)設(shè)計(jì)。,(1)制冷系統(tǒng),半導(dǎo)體制冷又稱為熱電制冷,是固態(tài)制冷技術(shù),不用制冷劑,沒(méi)有運(yùn)行件。 熱電堆起著壓縮式制冷壓縮機(jī)的作用, 冷端及其熱交換器則相當(dāng)于壓縮式制冷蒸發(fā)器, 熱端及其熱交換器相當(dāng)于冷凝器。,5.2.4 工作原理, 熱泵 由傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)的直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)汽車熱泵式空調(diào)系統(tǒng)工作原理如圖5-7所示。 空調(diào)系統(tǒng)的制冷制熱模式由四通換向閥轉(zhuǎn)換,實(shí)線箭頭表示制冷工況,虛線箭頭表示制熱工況。,(2)暖風(fēng)系統(tǒng),圖5-7電動(dòng)汽車熱泵式空調(diào)系統(tǒng)原理,空調(diào)的制熱和制冷的道理是相同的,不過(guò)并不是重新把空調(diào)反裝一次,也不是讓壓縮機(jī)倒轉(zhuǎn),而是通過(guò)一個(gè)巧妙的四通閥實(shí)現(xiàn)了制冷和制熱的切換。,四通閥這個(gè)東
10、西很巧妙,讓壓縮機(jī)的運(yùn)行方向沒(méi)有改變的情況下,替換了蒸發(fā)器和冷凝器的位置,從而改變了冷媒的運(yùn)行方向,從而實(shí)現(xiàn)了冷暖的切換。,【汽車空調(diào)可以制熱嗎?】 普通的汽車上,因?yàn)槠囉邪l(fā)動(dòng)機(jī)這個(gè)熱源,空調(diào)系統(tǒng)里是沒(méi)有設(shè)計(jì)四通閥的,也就是只能制冷,而不能制熱。 【電動(dòng)車遇到的尷尬?】 電動(dòng)車上的空調(diào),在夏季還比較好解決,只需要將壓縮機(jī)變成電動(dòng)驅(qū)動(dòng)即可。而到了冬季,就會(huì)遇到麻煩,因?yàn)殡妱?dòng)車沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)這個(gè)熱源,所以很多廠家選擇了一種最簡(jiǎn)單的取熱方式,就是“電熱”,就是利用電阻的熱效應(yīng)產(chǎn)生熱量。這樣的好處就是簡(jiǎn)單,但是帶來(lái)的一個(gè)問(wèn)題就是費(fèi)電。 具體哪款車用的是空調(diào)熱泵制熱,哪款車使用的是電熱制熱,這個(gè)資料
11、難查:,北汽E電動(dòng)版:從使用制熱會(huì)影響續(xù)航里程上分析,應(yīng)該是電阻制熱。,北京出租車司機(jī)反映:冬天開(kāi)暖風(fēng)會(huì)縮短續(xù)航里程,比亞迪秦:不清楚,沃藍(lán)達(dá):電阻制熱,會(huì)影響續(xù)航里程,特斯拉 ModelS:電阻制熱,使用的是PTC制熱,趨勢(shì):在電動(dòng)車上,使用熱泵來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷和制熱,一定是必然趨勢(shì),否則電阻制熱的方式,對(duì)能源的消耗太大,會(huì)影響續(xù)航里程,也不符合電動(dòng)車環(huán)保的初衷。, PTC電加熱器 采用PTC熱敏電阻元件為發(fā)熱源的一種加熱器。 通常是用半導(dǎo)體材料制成的,它的電阻隨溫度變化而急劇變化,當(dāng)外界溫度降低,PTC電阻值隨之減小,發(fā)熱量反而會(huì)相應(yīng)增加。 按材質(zhì)可以分為陶瓷PTC熱敏電阻和有機(jī)高分子PTC熱敏
12、電阻。用于空調(diào)輔助電加熱器的是陶瓷PTC熱敏電阻。 具有隨環(huán)境溫度高低的變化,其電阻值隨之增加或減小的變化特性,所以PTC加熱器具有節(jié)能、恒溫、安全和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。,暖風(fēng)機(jī)空調(diào)系列-加熱器.PTC加熱器,圖5-8粘接式陶瓷PTC加熱器1散熱片(鋁片)2插片3鋁管4絕緣紙5陶瓷PTC發(fā)熱片6電極(不銹鋼),圖5-9金屬PTC管狀加熱器1法蘭(不銹鋼)2電熱管3散熱片4溫度控制組件5熔斷器組件, 余熱+輔助PTC。利用大功率器件(功率變換、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器等)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量,對(duì)車內(nèi)環(huán)境進(jìn)行熱交換。當(dāng)熱量不足時(shí),啟用輔助PTC加熱器。,5.3功率變換器,分類:直流/直流(DC/DC)變換
13、 直流/交流(DC/AC)變換,電動(dòng)汽車采用,形式:降壓、升壓、雙向,DC/DC:將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,也稱直流斬波器。,用于無(wú)軌電車、地鐵列車、電動(dòng)汽車的無(wú)級(jí)變速和控制。,DC/DC作用:調(diào)壓(開(kāi)關(guān)電源)、抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲。,DC/DC變換原理:將原直流電通過(guò)調(diào)整其占空比(PWM)來(lái)控制輸出的有效電壓大小。,DC/DC變換器分類:硬開(kāi)關(guān)和軟開(kāi)關(guān)。,功率變換器的功能:, 不同電源之間的特性匹配。例如,可利用DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)燃料電池和動(dòng)力電池之間的特性匹配。 驅(qū)動(dòng)輔助系統(tǒng)中的直流電動(dòng)機(jī)。在小功率(一般低于5kW)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等輔助系統(tǒng)中,一般直接采用
14、DC/DC變換器供電。 給低壓輔助蓄電池充電。在電動(dòng)汽車中,需要高壓電源通過(guò)降壓變換器給輔助電池充電。,對(duì)功率變換器的要求:, 變換功率大。 輸出響應(yīng)快捷。 工作穩(wěn)定,抗電磁干擾。 控制方便、準(zhǔn)確。 具有能量回饋功能。電動(dòng)汽車的功率變換器一般為雙向設(shè)計(jì)。,(1)直流斬波(Buck)式降壓功率變換器(2)單端正激式降壓功率變換器,(1)直流斬波(Buck)式降壓功率變換器,圖5-10Buck式降壓變換器的基本電路,Buck電路是非隔離式的,一般用在輸入、輸出電壓相差不大的場(chǎng)合,例如用于車載小功率高壓直流電機(jī)的調(diào)速。,5.3.1降壓功率變換器,(2)單端正激式降壓功率變換器,圖5-11單端正激式降
15、壓變換器的電路原理,圖5-12降壓功率變換器實(shí)物及示意,圖5-13內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成示意圖,(1)Boost型升壓功率變換器,圖5-14Boost型升壓變換器的電路原理,Boost型變換器也稱為并聯(lián)開(kāi)關(guān)變換器,其電路原理如圖5-14所示,由開(kāi)關(guān)管、二極管、儲(chǔ)能電感和輸出濾波電容組成。,5.3.2升壓功率變換器,(2)全橋逆變式升壓功率變換器,圖5-15全橋逆變式升壓變換器的電路原理,,,,全橋逆變式變換器的電路原理圖如圖5-15所示,主要由開(kāi)關(guān)管 、中頻升壓變壓器和輸出整流二極管 、 組成。,圖5-16雙向功率變換器的電路原理,雙向功率變換器采用Buck-Boost復(fù)合電路結(jié)構(gòu),如圖5-16
16、所示。,5.3.3雙向功率變換器,圖5-17雙向功率變換器實(shí)物及示意,(1)直流不停電電源系統(tǒng)(DC-UPS),圖5-18DC-UPS電源系統(tǒng),圖5-18是一種DC-UPS的結(jié)構(gòu)框圖,由AC/DC變換器、電池包BA和雙向DC/DC變換器構(gòu)成。,(2)電動(dòng)汽車燃料電池電源系統(tǒng),圖5-19電動(dòng)汽車燃料電池電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,圖5-19為電動(dòng)汽車燃料電池電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,雙向DC/DC變換器是此電源管理系統(tǒng)中的重要組成部分之一。,5.4.1高壓系統(tǒng)布置要求, 供電的所有動(dòng)力電池做到分組串聯(lián),且每組電壓小于96V,并配熔斷器,可在發(fā)生意外短路時(shí)斷開(kāi)電池組之間的連接。 將一個(gè)含有多個(gè)動(dòng)力電池包、兩個(gè)高壓直
17、流接觸器以及熔斷器各自集成在絕緣封閉殼體內(nèi),這樣就可以將高電壓的帶電部件與外部環(huán)境隔絕,同時(shí)相互之間的電磁干擾也得到了較好的屏蔽。,5.4電動(dòng)汽車高壓安全, 設(shè)計(jì)的高壓電安全監(jiān)控系統(tǒng)也安裝在一個(gè)絕緣封閉殼體內(nèi),而且布置位置需要盡量靠近電池包以便在發(fā)生高壓故障時(shí)可及時(shí)切斷高壓回路。 高壓電安全監(jiān)控系統(tǒng)包含有高壓回路預(yù)充電電路,目的是為了防止高壓系統(tǒng)容性負(fù)載產(chǎn)生的瞬態(tài)沖擊,在系統(tǒng)斷電后,保證預(yù)充電繼電器能夠完全斷開(kāi)。, 高壓電安全監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)控制高壓接觸器通斷,可以確保電動(dòng)汽車高壓回路的安全性,且在系統(tǒng)斷電后,兩個(gè)高壓接觸器能夠完全斷開(kāi)。 在高壓回路中布置高壓環(huán)路互鎖電路,以確保電池組外的所有高壓
18、電路的連續(xù)性。 設(shè)置手動(dòng)切斷高壓回路裝置,用于維修或者緊急情況下手動(dòng)切斷高壓回路。,5.4.2安全要求及檢測(cè)參數(shù), 人體的安全電壓低于36V,觸電電流和持續(xù)時(shí)間乘積的最大值小于30mA.s。 絕緣電阻除以電池的額定電壓至少應(yīng)該大于100/V,最好是能夠確保大于500/V。,1、安全要求, 對(duì)于高于60V的高壓系統(tǒng)的上電過(guò)程至少需要100ms,在上電過(guò)程中應(yīng)該采用預(yù)充電過(guò)程來(lái)避免高壓沖擊。 在任何情況下繼電器斷開(kāi)時(shí)間為20ms,當(dāng)高壓系統(tǒng)斷開(kāi)后1s,汽車的任何導(dǎo)電部分應(yīng)該和可觸及的部分對(duì)地電壓的峰值應(yīng)當(dāng)小于42.4V(交流)或60V(直流),儲(chǔ)存的能量應(yīng)該小于20J。, 高壓電氣參數(shù):高壓系統(tǒng)電
19、壓、電流,高壓總線剩余電量。 高壓電路參數(shù):動(dòng)力電池絕緣電阻、高壓總線等效電容。 非電測(cè)量參數(shù):環(huán)境溫度、濕度。 數(shù)字量測(cè)控參數(shù):主要是開(kāi)關(guān)量的輸入和輸出。,2、檢測(cè)參數(shù),(1)漏電保護(hù)器,電動(dòng)汽車采用漏電保護(hù)器是必要的,一旦有正或負(fù)母線與車身相連,保護(hù)器報(bào)警,這就避免了電機(jī)殼體漏電成為高壓正極,站在車上的人觸摸負(fù)極造成電擊傷。這樣的設(shè)計(jì)也可避免空調(diào)系統(tǒng)高壓、DC/DC系統(tǒng)高壓的泄漏。,5.4.3高壓安全防護(hù)措施,(2)高壓互鎖,逆變器封密在高壓盒中,非工作人員不能拆開(kāi)。但會(huì)有工作人員疏忽和非工作人員的強(qiáng)行拆開(kāi)情況,為防止電擊傷在逆變器盒蓋上設(shè)計(jì)有高壓互鎖開(kāi)關(guān),只要逆變器盒體打開(kāi),開(kāi)關(guān)動(dòng)作,控
20、制器收到信號(hào)斷開(kāi)系統(tǒng)的主繼電器,可以避免意外電擊出現(xiàn)。,(3)絕緣電阻檢測(cè),較高的供電電壓對(duì)整車的電氣安全就提出了更高的要求,尤其是對(duì)高壓系統(tǒng)的絕緣性能提出了更為苛刻的要求。絕緣電阻是表征電動(dòng)汽車電氣安全好壞的重要參數(shù),相關(guān)電動(dòng)汽車安全標(biāo)準(zhǔn)均作了明確規(guī)定,目的是消除高壓電對(duì)車輛和駕乘人員人身的潛在威脅,保證純電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)的安全。,(1)電氣絕緣監(jiān)測(cè)的一般方法, 輔助電源法。在我國(guó)某些電力機(jī)車采用的漏電檢測(cè)器中,使用一個(gè)直流110V的檢測(cè)用輔助蓄電池,蓄電池正極與待測(cè)高壓直流電源的負(fù)極相連,蓄電池的負(fù)極與車輛機(jī)殼實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)連接。在待測(cè)系統(tǒng)絕緣性能良好的情況下,蓄電源沒(méi)有電流回路,漏電流為零;在
21、電源線纜絕緣層老化或者環(huán)境潮濕等情況下,蓄電池通過(guò)電源線纜絕緣層形成閉合回路、產(chǎn)生漏電流,檢測(cè)器根據(jù)漏電流的大小進(jìn)行報(bào)警,并關(guān)斷待測(cè)系統(tǒng)電源。,5.4.4高壓絕緣監(jiān)測(cè), 電流傳感法。將待測(cè)系統(tǒng)中電源的正極和負(fù)極一起同方向穿過(guò)電流傳感器,當(dāng)沒(méi)有漏電流時(shí),從電源正極流出的電流等于返回到電源負(fù)極的電流,因此穿過(guò)電流傳感器的總電流為零,電流傳感器的輸出電壓為零;當(dāng)發(fā)生漏電現(xiàn)象時(shí),電流傳感器輸出電流不為零。根據(jù)電壓的正負(fù)可以進(jìn)一步判斷產(chǎn)生漏電流的來(lái)源是來(lái)自電源正極引線電纜還是電源負(fù)極引線電纜。 但是,應(yīng)用此方法的前提是待測(cè)電源必須處于工作狀態(tài)。,(2)電動(dòng)汽車電氣絕緣性能的描述,在直流電源系統(tǒng)中,定量
22、描述一種介質(zhì)絕緣性能和導(dǎo)電性能的物理量是電阻。 導(dǎo)體的電阻小,絕緣體的電阻大,絕緣體電阻的大小表征了介質(zhì)的絕緣性能。 電阻越大,絕緣性能越好,反之亦然,稱該電阻為絕緣電阻。 在電動(dòng)汽車的高壓電氣系統(tǒng)中,分別利用電源的正極引線電纜和負(fù)極引線電纜對(duì)底盤(pán)的絕緣電阻,來(lái)反映電氣系統(tǒng)的絕緣性能。,(3)絕緣電阻檢測(cè)原理,為了監(jiān)測(cè)上述絕緣電阻,直接將車載高壓電源作為監(jiān)測(cè)電源。電源正極、負(fù)極和車輛底盤(pán)之間建立了橋式阻抗網(wǎng)絡(luò),如圖5-20所示。,圖5-20橋式阻抗網(wǎng)絡(luò),5.5電氣系統(tǒng)的電磁兼容性,電磁兼容性: 能抵御環(huán)境中的電磁干擾、 不對(duì)環(huán)境造成不能承受的電磁騷擾。,電磁兼容實(shí)驗(yàn)室(EMC):可進(jìn)行抗電
23、磁干擾強(qiáng)度測(cè)試、電磁騷擾強(qiáng)度測(cè)試,滿足國(guó)家最新標(biāo)準(zhǔn)要求的靜電放電抗干擾度、射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、工頻磁場(chǎng)抗擾度、浪涌抗擾度、射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度等。 圖5-21電磁兼容實(shí)驗(yàn)室組織結(jié)構(gòu)。,圖5-21電磁兼容實(shí)驗(yàn)室組織結(jié)構(gòu),圖5-22電波暗室內(nèi)部實(shí)物,圖5-23全電波暗室與半電波暗室示意,5.5.1電磁兼容性主要術(shù)語(yǔ),國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容術(shù)語(yǔ)定義:設(shè)備或系統(tǒng)在電磁環(huán)境中能正常工作,且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾能力。,5.5.1電磁兼容性主要術(shù)語(yǔ),表5-1國(guó)際主要汽車電磁兼容標(biāo)準(zhǔn),表5-2國(guó)內(nèi)汽車電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn),5.5.2電動(dòng)汽車電磁環(huán)境分析,(1)車載干
24、擾源,這主要是指車上各種電子電氣系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾。 車載干擾源主要有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力電池、功率變換器、繼電器、電動(dòng)輔助系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)、通訊設(shè)備以及微處理器等電子設(shè)備。 車載干擾源的電磁傳播模式很復(fù)雜,它有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種形式。 一般情況下,在電動(dòng)汽車系統(tǒng)的輻射干擾中,共模高頻干擾占據(jù)著主導(dǎo)地位,而其他頻段干擾較小。,(2)自然干擾源,自然干擾源是指由自然現(xiàn)象引起的電磁干擾。 比較典型的自然界電磁現(xiàn)象產(chǎn)生的電磁噪聲有大氣噪聲、太陽(yáng)噪聲、宇宙噪聲以及靜電放電等。 大多數(shù)情況下,這種電磁噪聲非常復(fù)雜,并且對(duì)汽車的干擾影響可以忽略。 但是,閃電和靜電放電可能會(huì)產(chǎn)生很大的瞬變場(chǎng)強(qiáng)。,(3)人為干擾源
25、,人為干擾源是指由汽車外部人工裝置產(chǎn)生的電磁干擾。 主要有其他車輛的輻射干擾,車外的雷達(dá)、無(wú)線電臺(tái)發(fā)射機(jī)、移動(dòng)通訊設(shè)備等發(fā)射的電磁波干擾,以及高壓輸電線的電暈放電等。,(1)第一層有源器件的選型和印制板設(shè)計(jì),為了增強(qiáng)抗擾度并抑制騷擾,應(yīng)從電磁敏感度、電磁騷擾發(fā)射、芯片封裝和電源電壓等四個(gè)方面優(yōu)選有源器件。由于噪聲電流和瞬態(tài)負(fù)載電流是傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾的初始源,為實(shí)現(xiàn)電源的完整性,應(yīng)優(yōu)選多層板,盡可能減小引線電感;減小門(mén)電路驅(qū)動(dòng)線對(duì)地分布電容和驅(qū)動(dòng)門(mén)輸入電容;選用SMD;安裝本地去耦電容和整體去耦電容。 PCB設(shè)計(jì)具體方法主要包括: 優(yōu)選多層板。布局布線原則 。層間安排原則 。 遵循2H和2W設(shè)
26、計(jì)原則 。,5.5.3電磁兼容性設(shè)計(jì)方法,(2)第二層接地設(shè)計(jì),分析系統(tǒng)內(nèi)各類部件的騷擾特性、敏感特性、各電路的工作電平、信號(hào)種類和電源電壓;將地線分類、劃組;畫(huà)出系統(tǒng)布局;畫(huà)出系統(tǒng)地線網(wǎng)。在1MHz以下低頻電路部分采用單點(diǎn)接地,10MHz以上高頻部分采用多點(diǎn)接地;電源地線都接到電源總地線上,信號(hào)地都接到信號(hào)總地線上,兩根總地線最后匯總到一個(gè)公共入地點(diǎn)搭車體連接;信號(hào)源接地時(shí),屏蔽層在信號(hào)側(cè)接地;多個(gè)信號(hào)屏蔽雙絞線與多芯對(duì)絞總屏電纜連接時(shí),各屏蔽層應(yīng)相互連接好,360度搭接;采用信號(hào)隔離變壓器、平衡變壓器、光耦合器和差動(dòng)放大器實(shí)現(xiàn)對(duì)地環(huán)路的隔離;PCB表面覆銅一定要良好接地;多層板中間層的空曠
27、區(qū)不要覆銅等。,(3)第三層屏蔽設(shè)計(jì),采用高導(dǎo)電率材料加屏蔽體接地進(jìn)行靜電屏蔽和電場(chǎng)屏蔽;采用高磁導(dǎo)率材料進(jìn)行低頻磁場(chǎng)屏蔽;采用高導(dǎo)電率材料進(jìn)行高頻磁場(chǎng)屏蔽;采用高導(dǎo)電率材料加接地進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)電磁屏蔽。永久性接縫采用焊接方式;非永久性接縫采用導(dǎo)電襯墊。通風(fēng)空采用蜂窩狀通風(fēng)板。單根導(dǎo)線或電纜穿過(guò)屏蔽體時(shí),采用饋通濾波器;一組導(dǎo)線或電纜穿過(guò)屏蔽體時(shí),采用濾波器連接器;在I/O端口加裝濾波器;屏蔽電纜與屏蔽體連接時(shí)應(yīng)成啞鈴狀,屏蔽層與屏蔽體360度搭接。,(4)第四層濾波設(shè)計(jì)和瞬態(tài)騷擾抑制,反射式低通濾波器按源阻抗和負(fù)載阻抗選擇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并核算其插入損耗和頻率特性;反射式低通濾波器安裝時(shí)使輸入線盡可能短
28、,輸出線與輸入線隔離,并良好接地;吸收式低通濾波器采用鐵氧體元件,用于電源線、數(shù)據(jù)線和PCB上,安裝在騷擾附近;采用長(zhǎng)而細(xì)的鐵氧體元件抑制效果好。,(1)屏蔽,屏蔽是在兩個(gè)區(qū)域之間建立電磁屏障保護(hù)系統(tǒng)中的電路不受電磁環(huán)境損壞的最直接方法。 可采取兩種屏蔽方式:其一,主動(dòng)屏蔽;其二,被動(dòng)屏蔽。,5.5.4抑制電磁干擾的技術(shù)措施,屏蔽的設(shè)計(jì)原則:高頻電場(chǎng)屏蔽應(yīng)用銅、鋁和鎂等良導(dǎo)電材料;低頻磁場(chǎng)屏蔽應(yīng)用磁性材料,如鐵和鎳鐵高導(dǎo)磁合金;足夠厚度的屏蔽層可屏蔽任何頻率的電場(chǎng),且有很高的屏蔽效能;多層屏蔽(包括機(jī)殼與電纜)能在寬頻帶上提供高屏蔽有效度;用來(lái)密封縫隙的各種結(jié)合面必須清潔,不能有不導(dǎo)電的涂層;
29、為了保持外殼的屏蔽效能,對(duì)必不可少的穿線孔應(yīng)加導(dǎo)電襯層、彈簧墊圈、波導(dǎo)衰減器和柵網(wǎng)等。,(2)濾波,屏蔽主要是為了解決輻射干擾,而濾波則主要是解決通過(guò)傳導(dǎo)途徑造成的干擾。 完成濾波作用的部件稱為濾波器。 濾波器主要抑制通過(guò)電路通路直接進(jìn)入的干擾,它是應(yīng)用最普遍的抗干擾方法。 根據(jù)信號(hào)與干擾信號(hào)之間的頻率差別,可以采用不同性能的濾波器,抑制干擾信號(hào),提高信噪比。,(3)接地, 合理規(guī)劃線束。在線束布置上,使小功率敏感電路緊靠信號(hào)源,大功率干擾電路緊靠負(fù)載,盡可能分開(kāi)小功率電路和大功率電路,減小線束間的感應(yīng)干擾和輻射干擾。不同用途、不同電平的導(dǎo)線,如輸入與輸出線、弱電與強(qiáng)電要遠(yuǎn)離,盡量不要平行;接
30、地線長(zhǎng)度要盡量短,截面要盡量大。關(guān)鍵元件、電路和走線都要加屏蔽,屏蔽要合理接地。對(duì)較長(zhǎng)的線束,為減小傳導(dǎo)和輻射干擾,應(yīng)在線束上增加濾波,比較方便的方法是套接合適的鐵氧體磁環(huán)。, 元器件選擇和電路設(shè)計(jì)。元器件選擇和電路設(shè)計(jì)是抗電磁干擾和電磁兼容性設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一。通過(guò)選擇元件及抗擾篩選,以得到高抗干擾門(mén)限值的元件,采用屏蔽的雙絞線作連線,縮短元件和電路的連線。另外,還要考慮到數(shù)字電路比線性、模擬電路抗擾性強(qiáng),低速數(shù)字電路比高速數(shù)字電路有更低的電磁靈敏度。,5.5.5電磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度檢測(cè)實(shí)例, 在某所電磁兼容試驗(yàn)室,對(duì)某電動(dòng)客車進(jìn)行檢驗(yàn),表5-3為試驗(yàn)條件。檢測(cè)和判定方法依據(jù)GB/T 183872001電動(dòng)車輛電磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度的限值和測(cè)量方法寬帶9kHz30MHz。 電磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果。, 在某所電磁兼容試驗(yàn)室,表5-3試驗(yàn)條件, 電磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果,圖5-24v=16km/h、64km/h,棒天線位于車輛后部, 電磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果。,圖5-25v=16km/h、64km,環(huán)天線與車輛后部平行,
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