電動(dòng)汽車原理與應(yīng)用技術(shù) 第3版 PPT課件05 電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)

第5章電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)1電氣系統(tǒng)概述電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)功率變換器電動(dòng)汽車高壓安全電氣系統(tǒng)的電磁兼容性目錄電氣系統(tǒng)概述3電氣系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的神經(jīng)，承擔(dān)著能量與信息傳遞的功能，對(duì)電動(dòng)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性和舒適性等有很大的影響，是電動(dòng)汽車的重要組成部分。電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理電氣系統(tǒng)概述4電動(dòng)汽車的電氣系統(tǒng)分為低壓電氣系統(tǒng)和高壓電氣系統(tǒng)。典型電動(dòng)汽車高低壓電路原理低壓電氣系統(tǒng)采用直流12V或24V電源，為燈光、刮水器、整車控制器、高壓電氣設(shè)備控制器和輔助部件供電。高壓電氣系統(tǒng)主要由動(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)備組成，根據(jù)車輛行駛的功率需求完成從動(dòng)力電池到驅(qū)動(dòng)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換與傳輸過程。電氣系統(tǒng)概述5電動(dòng)汽車常見低壓電氣原理圖主要由DC/DC變換器、輔助蓄電池和若干低壓電氣設(shè)備組成。低壓電氣系統(tǒng)低壓電氣設(shè)備主要包括燈光系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)和娛樂系統(tǒng)等。電動(dòng)汽車的輔助蓄電池由動(dòng)力電池通過DC/DC變換器來充電。電氣系統(tǒng)概述6整車高壓電氣系統(tǒng)原理圖動(dòng)力電池的高壓能量從正極出發(fā)，首先通過位于駕駛員操控臺(tái)的高壓開關(guān)DK1，該開關(guān)受低壓控制，作為整車高壓電源的總開關(guān)及充電開關(guān)。高壓電氣系統(tǒng)線路2可以進(jìn)行充電操作，線路3連接主電機(jī)控制器、直流電源變換器、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器、制動(dòng)控制系統(tǒng)控制器及冷暖一體化空調(diào)，最后經(jīng)過分流器FL流回負(fù)極，分流器用來檢測(cè)高壓線路中的電流值。電氣系統(tǒng)概述7高壓電器組成部件設(shè)計(jì)圖高壓電器組成部件設(shè)計(jì)圖與實(shí)物圖高壓電氣系統(tǒng)高壓電器組成部件實(shí)物圖電氣系統(tǒng)概述電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)功率變換器電動(dòng)汽車高壓安全電氣系統(tǒng)的電磁兼容性目錄電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)9空調(diào)系統(tǒng)作為傳統(tǒng)汽車和電動(dòng)汽車功耗最大的輔助子系統(tǒng)，其功耗占所有輔助子系統(tǒng)功耗的60%以上。電動(dòng)汽車空調(diào)的發(fā)展現(xiàn)狀電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)由于能量效率高、調(diào)節(jié)方便、舒適性好等優(yōu)點(diǎn)，逐步成為車輛空調(diào)研發(fā)和應(yīng)用的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)10傳統(tǒng)汽車與電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)的區(qū)別：電動(dòng)汽車沒有發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱可以利用或者不能完全利用發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱，需采用熱泵型空調(diào)系統(tǒng)或輔助加熱器；電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)可以采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，對(duì)壓縮機(jī)高轉(zhuǎn)速性和密封性的要求較高。電動(dòng)汽車空調(diào)的發(fā)展現(xiàn)狀電動(dòng)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用的方案主要包括電動(dòng)熱泵式空調(diào)系統(tǒng)、電動(dòng)壓縮機(jī)制冷空調(diào)系統(tǒng)、電加熱器混合調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)11相比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)，電動(dòng)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)在環(huán)境保護(hù)、前艙結(jié)構(gòu)布置以及車廂舒適性等各項(xiàng)指標(biāo)上均處于優(yōu)勢(shì)。電動(dòng)汽車空調(diào)的發(fā)展現(xiàn)狀1）采用全封閉的HFC134a系統(tǒng)及制冷劑回收技術(shù)，整體的高度密封性可以減小制冷劑的泄漏損失，減少對(duì)環(huán)境的污染。2）壓縮機(jī)靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以通過精確的控制以及在常見熱負(fù)荷工況下的高效率運(yùn)行來降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗，提高整車的經(jīng)濟(jì)性。3）采用電驅(qū)動(dòng)方式，具有噪聲較低，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，故障率低等優(yōu)點(diǎn)。4）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。5）上車之前預(yù)先遙控啟動(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。電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)12車用空調(diào)靠壓縮機(jī)提供動(dòng)力，使制冷介質(zhì)在空調(diào)系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)，在循環(huán)過程中依靠壓力變化進(jìn)而改變介質(zhì)的氣、液狀態(tài)，形成介質(zhì)溫度的變化。電動(dòng)汽車空調(diào)的技術(shù)特點(diǎn)電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)：1）完全由空調(diào)自身獨(dú)立制冷制熱功能。2）壓縮機(jī)直接由電驅(qū)動(dòng)。3）采用制冷能力更強(qiáng)的R407C制冷劑。4）采用變頻調(diào)速的電動(dòng)一體化壓縮機(jī)，取消了冷卻水系統(tǒng)，冬天采用電加熱器進(jìn)行供暖。電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)13電動(dòng)汽車空調(diào)的關(guān)鍵部件及控制技術(shù)使用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)是其主要特點(diǎn)。內(nèi)置AC380V-3P、50Hz（60Hz）電機(jī)，可以直接由電驅(qū)動(dòng)，沒有開放式活塞壓縮機(jī)的缺點(diǎn)。全封閉柔性渦旋壓縮機(jī)采用制冷能力更強(qiáng)的R407C制冷劑。R407C的導(dǎo)熱系數(shù)高，黏度系數(shù)小，同等條件下，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。高效率的制冷劑電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)14電動(dòng)汽車空調(diào)的關(guān)鍵部件及控制技術(shù)傳統(tǒng)管片式兩器傳熱管為φ9.52mm，電動(dòng)汽車空調(diào)使用的φ7mm傳熱管具有重量輕、傳熱效率高、制冷劑使用少的優(yōu)點(diǎn)。高效傳熱和散熱機(jī)構(gòu)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。使得安裝與維修變得非常簡(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。全焊接、高集成電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)15電動(dòng)汽車空調(diào)的關(guān)鍵部件及控制技術(shù)基于電動(dòng)壓縮機(jī)控制的變頻器專用于車載空調(diào)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，能在頻繁的浪涌電壓、電流下可靠工作。變頻器技術(shù)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)。能夠完成傳統(tǒng)空調(diào)的功能，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，使空調(diào)達(dá)到最佳節(jié)能效果。智能化模糊控制電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)16電動(dòng)汽車空調(diào)的關(guān)鍵部件及控制技術(shù)電車空調(diào)系統(tǒng)是將車輛提供的600V直流轉(zhuǎn)換成負(fù)載所用的三相交流電，安全問題就成為重中之中。在系統(tǒng)中需添加多種保護(hù)設(shè)計(jì)。獨(dú)特的控制系統(tǒng)1）電流保護(hù)設(shè)計(jì)。2）電壓保護(hù)設(shè)計(jì)3）采用IGBT、IPM智能模塊。4）具備軟啟動(dòng)特性，使機(jī)組可以正常啟動(dòng)。5）防液激保護(hù)設(shè)計(jì)。6）系統(tǒng)壓力保護(hù)設(shè)計(jì)。7）壓縮機(jī)單機(jī)運(yùn)行保護(hù)設(shè)計(jì)。電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)17工作原理半導(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，而熱端及其熱交換器相當(dāng)于冷凝器。制冷系統(tǒng)熱電元件工作需要直流電源；改變電流方向即可產(chǎn)生制冷、制熱的逆效果；熱電制冷片熱慣性非常小，制冷時(shí)間很短；調(diào)節(jié)組件工作電流的大小即可調(diào)節(jié)制冷速度和溫，容易實(shí)現(xiàn)能量的連續(xù)調(diào)節(jié)。熱電制冷工作原理電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)18工作原理空調(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。用于電動(dòng)汽車上，其專門開發(fā)了雙工作腔滑片壓縮機(jī)、直流無刷電機(jī)和逆變器控制系統(tǒng)。暖風(fēng)系統(tǒng)（1）熱泵電動(dòng)汽車熱泵式空調(diào)系統(tǒng)原理電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)19工作原理PTC電加熱器是采用PTC熱敏電阻元件為發(fā)熱源的一種加熱器。PTC熱敏電阻通常是用半導(dǎo)體材料制成的，電阻隨溫度變化而急劇變化，外界溫度降低時(shí)，PTC電阻值隨之減小，發(fā)熱量反而會(huì)增加。暖風(fēng)系統(tǒng)（2）PTC電加熱器按材質(zhì)，PTC電加熱器可以分為陶瓷PTC熱敏電阻和有機(jī)高分子PTC熱敏電阻。空調(diào)器輔助電加熱器的材料是陶瓷PTC熱敏電阻?？照{(diào)器輔助電加熱器可以分為：粘接式陶瓷PTC加熱器和金屬PTC管狀加熱器。電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)20工作原理粘接式陶瓷PTC加熱器是將多個(gè)陶瓷PTC芯片及鋁波紋散熱片用耐高溫樹脂膠粘接在一起的加熱器，散熱性好、電氣性能穩(wěn)定。暖風(fēng)系統(tǒng)（2）PTC電加熱器粘接式陶瓷PTC加熱器分為加熱器表面帶電型和加熱器表面不帶電型。粘接式陶瓷PTC加熱器電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)21工作原理金屬PTC管狀加熱器采用進(jìn)口鎳鐵合金絲為發(fā)熱材料，發(fā)熱管外鑲嵌鋁散熱片，散熱效果非常好，加熱器配用溫度控制器和熱熔斷器，更安全可靠，加熱器具有PTC材料的良好特性。暖風(fēng)系統(tǒng)（2）PTC電加熱器粘接式陶瓷PTC加熱器電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)22工作原理利用大功率器件（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。暖風(fēng)系統(tǒng)（3）余熱+輔助PTC

電氣系統(tǒng)概述

電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)

功率變換器

電動(dòng)汽車高壓安全電氣系統(tǒng)的電磁兼容性目錄24功率變換器功率變換器可分為直流/直流（DC/DC）變換和直流/交流（DC/AC）變換兩類。電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)中的功率變換器主要是DC/DC變換器，有降壓、升壓、雙向三種形式，是實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)電能變換和傳輸?shù)闹匾姎庠O(shè)備。DC/DC功率變換器DC/AC功率變換器25功率變換器DC/DC變換器（直流斬波器）是指將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車的無級(jí)變速和控制。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約20%~30%的電能。車載DC/DC功率變換器通過調(diào)整原直流電的PWM（占空比）來控制輸出的有效電壓的大小，能起調(diào)壓和抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。26功率變換器DC/AC稱為反用換流器，也可稱逆變器、變流器或反流器，是一個(gè)可將直流電變換成交流電的電路。這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于不間斷電源、電動(dòng)車輛及軌道交通系統(tǒng)、變頻器等。車載電機(jī)控制器電動(dòng)汽車中交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的DC/AC變換器一般集成于電機(jī)控制器中。27功率變換器在各種電動(dòng)汽車中，功率變換器主要實(shí)現(xiàn)下列功能：1.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。2.驅(qū)動(dòng)輔助系統(tǒng)中的直流電機(jī)。在小功率（一般低于5kW）直流電機(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DC/DC變換器供電。3.給低壓輔助蓄電池充電。在電動(dòng)汽車中，需要高壓電源通過降壓變換器給輔助電池充電。28功率變換器電動(dòng)汽車電源系統(tǒng)的輸出和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸入都是直流能量，所以這兩個(gè)系統(tǒng)的功率變換實(shí)際上是DC/DC變換。一般電源系統(tǒng)的輸出特性偏軟，難以直接與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器匹配，需通過功率變換器將不可調(diào)的直流電源變?yōu)榭烧{(diào)的直流電源。為保障電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能、能源利用效率及其他控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，需有效地設(shè)計(jì)和控制變換器的各個(gè)參數(shù)。電源系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)DC/DC29功率變換器一般電動(dòng)汽車功率變換器要求須具有如下特點(diǎn)：1.變換功率大：采用大電流電力電子器件進(jìn)行雙路或多路設(shè)計(jì)，保證車輛起動(dòng)、爬坡、加速時(shí)的動(dòng)力性能。2.輸出響應(yīng)快捷：功率變換器的輸出響應(yīng)必須跟上車輛路況等因素對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率變化的要求。3.工作穩(wěn)定，抗電磁干擾：在電動(dòng)汽車相對(duì)惡劣的電磁環(huán)境下保證電動(dòng)汽車行駛的安全性。4.控制方便、準(zhǔn)確：從整體上看，電動(dòng)汽車的功率變換器也是一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)能量輸出的控制過程。因此要使功率變換器有好的可控制性，在設(shè)計(jì)時(shí)需明確其控制策略。5.具有能量回饋功能：作為溝通動(dòng)力系統(tǒng)和電源系統(tǒng)的橋梁，功率變換器一般為雙向設(shè)計(jì)，必須具有能量回饋功能，將電動(dòng)汽車有限的能量高效率地使用。30功率變換器降壓功率變換器直流斬波（Buck）式降壓功率變換器

Buck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。31功率變換器降壓功率變換器單端正激式降壓功率變換器

單端正激式降壓功率變換器的電路原理32功率變換器降壓功率變換器單端正激式降壓功率變換器與Buck電路相比，單端正激式功率變換器電路多了一項(xiàng)變壓器副、原邊的匝數(shù)比，通過選擇合適的匝數(shù)比，可得到輸出平穩(wěn)的電壓。其輸入、輸出電壓有隔離性質(zhì)，可應(yīng)用于車載24V輔助電池的充電電源。降壓功率變換器實(shí)物圖及示意圖33功率變換器降壓功率變換器單端正激式降壓功率變換器功率回路以控制回路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為基礎(chǔ)，打開、關(guān)閉晶閘管輸入直流電，供給變壓器交流電壓，經(jīng)整流二極管整流后的斷續(xù)直流電壓經(jīng)平滑電路平滑后對(duì)輔助電池充電。內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成示意圖控制回路除以上功能外，還具有輸出限流、輸入過電壓保護(hù)、過熱保護(hù)和警報(bào)功能。34功率變換器升壓功率變換器Boost型升壓功率變換器（并聯(lián)開關(guān)變換器）

Boost型升壓變換器的電路原理圖

35功率變換器升壓功率變換器全橋逆變式升壓功率變換器

全橋逆變式升壓變換器的電路原理圖與Boost電路相比，其輸入和輸出是通過中頻變壓器隔離，具有較好的電磁兼容性。36功率變換器雙向功率變換器混合動(dòng)力系統(tǒng)在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車中，動(dòng)力電池組通過雙向功率變換器連接到直流母線上，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池和燃料電池組或發(fā)電機(jī)組的功率混合。當(dāng)動(dòng)力電池被充電時(shí)，功率變換器起到降壓作用；當(dāng)動(dòng)力電池通過總線釋放能量時(shí)，功率變換器起到升壓作用。37功率變換器雙向功率變換器雙向功率變換器的電路原理在Boost工作模式下，電池組端電壓U1通過升壓電感L、開關(guān)管VT2的升壓變換經(jīng)二極管VD1接到總線電壓，和燃料電池或發(fā)電機(jī)組實(shí)行功率混合。在Buck工作模式下，總線電壓Uh通過開關(guān)管VT1的斬波降壓經(jīng)電感L、電容C2的濾波作用輸出U1對(duì)電池組進(jìn)行充電，二極管VD2在降壓過程中實(shí)現(xiàn)輸出電流的續(xù)流作用。雙向功率變換器采用Buck-Boost復(fù)合電路結(jié)構(gòu)。38功率變換器雙向功率變換器雙向功率變換器實(shí)物圖及示意圖混合動(dòng)力電動(dòng)汽車中電機(jī)的轉(zhuǎn)速工作范圍很寬，其動(dòng)力電池端電壓的變化范圍也很大，若使用動(dòng)力電池直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，會(huì)造成電機(jī)驅(qū)動(dòng)性能的惡化。為了充分回收制動(dòng)或減速能量，必須采用混合動(dòng)力系統(tǒng)中雙向DC/DC變換器。39功率變換器雙向功率變換器DC-UPS電源系統(tǒng)當(dāng)供電正常時(shí)，AC/DC變換器將直流母線電壓調(diào)整到穩(wěn)態(tài)電壓，對(duì)直流母線上的負(fù)載供電，同時(shí)經(jīng)雙向DC/DC變換器給電池包BA充電。當(dāng)供電電源掉電或出現(xiàn)故障時(shí)，雙向直流變換器將電池包電壓轉(zhuǎn)變成直流母線負(fù)載所需電壓給負(fù)載供電，使負(fù)載不斷電。直流不停電電源系統(tǒng)（DC-UPS）雙向DC/DC變換器可將電池的充放電工作分離出來，更容易優(yōu)化充放電過程，有助于延長(zhǎng)電池壽命，提高充電效率。其功率等級(jí)應(yīng)以放電功率為準(zhǔn)。40功率變換器雙向功率變換器在電動(dòng)汽車啟動(dòng)時(shí)，燃料電池電壓尚未建立起來，需要輔助電源來提供壓縮機(jī)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能量，給燃料電池創(chuàng)造啟動(dòng)條件。燃料電池電源系統(tǒng)輔助電源有兩個(gè)作用：在燃料電池啟動(dòng)前，提供直流母線的電壓；當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，希望制動(dòng)能量能夠回饋并得到合理的應(yīng)用。采用蓄電池作為輔助供電電源，通過雙向DC/DC變換器可以滿足這兩個(gè)方面的要求：快速啟動(dòng)燃料電池；將制動(dòng)能量回饋給蓄電池。41功率變換器雙向功率變換器蓄電池供電時(shí)，雙向DC/DC變換器工作在放電模式，輸入電池電壓波動(dòng)，輸出穩(wěn)定的電壓和放電功率；蓄電池儲(chǔ)能時(shí)，雙向DC/DC變換器工作在充電模式，將電能存儲(chǔ)于蓄電池中。燃料電池電源系統(tǒng)燃料電池電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖電器系統(tǒng)概述電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)功率變換器電動(dòng)汽車高壓安全電氣系統(tǒng)的電磁兼容性目錄43電動(dòng)汽車高壓安全乘客的人身安全問題同時(shí)還會(huì)影響低壓電器部件和車輛控制器的正常工作電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的安全問題電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)特點(diǎn)：高電壓、大電流的動(dòng)力回路。因此，在設(shè)計(jì)和規(guī)劃高壓電氣系統(tǒng)時(shí)，不僅應(yīng)充分滿足整車動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求，還必須確保車輛運(yùn)行安全、駕乘人員安全和車輛運(yùn)行環(huán)境安全。根據(jù)電動(dòng)汽車的實(shí)際結(jié)構(gòu)和電路特性，設(shè)計(jì)安全合理的保護(hù)措施，是確保駕乘人員和車輛設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵。44電動(dòng)汽車高壓安全高電壓電路和車輛底盤之間的絕緣性能下降，電源正負(fù)極引線將通過絕緣層和底盤構(gòu)成漏電流回路；還可能引起熱積累效應(yīng)，造成車輛的電氣火災(zāi)。電動(dòng)汽車的絕緣問題部件間的相互碰撞、摩擦、擠壓，使原本絕緣良好的導(dǎo)線絕緣層出現(xiàn)破損接線端子與周圍金屬出現(xiàn)搭接高壓電纜絕緣介質(zhì)老化電動(dòng)汽車的運(yùn)行情況非常復(fù)雜，在運(yùn)行過程中難免會(huì)出現(xiàn)：45電動(dòng)汽車高壓安全絕緣性能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓電氣系統(tǒng)相對(duì)車輛底盤的電氣絕緣性能的實(shí)時(shí)檢測(cè)是電動(dòng)汽車電氣安全技術(shù)的核心內(nèi)容。電動(dòng)汽車電氣安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整車電氣狀態(tài)信息，如總電壓、總電流、正負(fù)母線對(duì)地電壓值、正負(fù)母線絕緣電阻值、輔助電壓、繼電器連接狀況等，并通過CAN總線輸出測(cè)得各部分的狀態(tài)及數(shù)值、輸出系統(tǒng)的報(bào)警狀態(tài)和通斷指令，從而確保電動(dòng)汽車的安全運(yùn)行。絕緣性能監(jiān)測(cè)CAN總線VCU整車控制46電動(dòng)汽車高壓安全電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及布置要求電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)：保證整車動(dòng)力傳動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓電狀態(tài)，要求高壓系統(tǒng)能在發(fā)生故障時(shí)，通過高壓接觸器及時(shí)切斷高壓回路，保證整車系統(tǒng)和乘客的安全，在駐車充電或者駐車維修時(shí)，能切斷所有可能的高壓危險(xiǎn)因素。47電動(dòng)汽車高壓安全電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及布置要求純電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)布置的7點(diǎn)要求1）供電的所有動(dòng)力電池分組串聯(lián)，且每組電壓<96V，并配熔斷器，可在發(fā)生意外短路時(shí)斷開電池組之間的連接。2）將一個(gè)含有多個(gè)動(dòng)力電池包、兩個(gè)高壓直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)對(duì)相互之間的電磁干擾有較好的屏蔽。3）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)，而且布置位置上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。4）高壓電安全監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)計(jì)高壓回路預(yù)充電電路，防止高壓系統(tǒng)容性負(fù)載產(chǎn)生的瞬態(tài)沖擊。系統(tǒng)斷電后，保證預(yù)充電繼電器能夠完全斷開。48電動(dòng)汽車高壓安全電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及布置要求純電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)布置要求5）設(shè)置高壓接觸器，通過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。6）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電路的連續(xù)性。7）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。49電動(dòng)汽車高壓安全高壓系統(tǒng)的安全防護(hù)措施（1）漏電保護(hù)器：保護(hù)器可以在有正或負(fù)母線與車身相連時(shí)發(fā)出警告，避免電機(jī)殼體漏電成為高壓正極、在車上的人觸摸負(fù)極造成電擊傷等事故。也可避免空調(diào)系統(tǒng)高壓、DC/DC變換器高壓的泄漏。（2）高壓互鎖：為避免工作人員疏忽和非工作人員的誤拆高壓盒的情況，防止人員受到高壓電擊傷，在逆變器盒蓋上設(shè)計(jì)有高壓互鎖開關(guān)。只要逆變器盒體被打開，控制器就會(huì)斷開系統(tǒng)的主繼電器，避免意外事故發(fā)生。（3）絕緣電阻檢測(cè)：絕緣電阻是表征電動(dòng)汽車電氣安全好壞的重要參數(shù)，通過絕緣電阻檢測(cè)可以消除高壓電對(duì)車輛和駕乘人員的潛在威脅，保證純電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)的安全。50電動(dòng)汽車高壓安全電氣系統(tǒng)的絕緣性能直流電源系統(tǒng)介質(zhì)絕緣性能和導(dǎo)電性能的衡量指標(biāo)：電阻。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。電動(dòng)汽車的電氣設(shè)備直接安裝在車輛底盤上，每個(gè)電氣設(shè)備都獨(dú)立的電流回路，與底盤沒有直接的電氣連接。整個(gè)高壓系統(tǒng)是與底盤絕緣、封閉的電氣系統(tǒng)。電動(dòng)汽車的高壓電氣系統(tǒng)絕緣性能指標(biāo)：電源的正極引線電纜和負(fù)極引線電纜對(duì)底盤的絕緣電阻，來反映電氣系統(tǒng)的絕緣性能。51電動(dòng)汽車高壓安全電氣絕緣檢測(cè)的一般方法對(duì)于封閉回路的高壓直流電氣系統(tǒng)，其絕緣性能通常用電氣系統(tǒng)中電源對(duì)地漏電流的大小來表征，現(xiàn)在普遍使用兩種漏電流檢測(cè)方法：輔助電源法和電流傳感法。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，蓄電源沒有電流回路，漏電流為零；在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)行警告，并斷開待測(cè)系統(tǒng)電源。52電動(dòng)汽車高壓安全電氣絕緣檢測(cè)的一般方法使用局限性：待測(cè)電源必須處于工作狀態(tài)。電流傳感法：采用霍爾式電流傳感器是對(duì)高壓直流系統(tǒng)進(jìn)行漏電流檢測(cè)的另一種方法。原理：將待測(cè)系統(tǒng)中電源的正極和負(fù)極一起同方向穿過電流傳感器，當(dāng)沒有漏電流時(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)生漏電流的來源是電源正極引線電纜還是電源負(fù)極引線電纜。53電動(dòng)汽車高壓安全絕緣電阻監(jiān)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)極和車輛底盤之間建立橋式阻抗網(wǎng)絡(luò)，如圖所示。其中，A點(diǎn)與電源正極相連，B點(diǎn)與電源負(fù)極相連，O點(diǎn)與車底盤相連。U0為高壓電源的輸出電壓，R1、R2分別為高壓電源正極、負(fù)極引線對(duì)底盤的絕緣電阻，R為限流電阻，取R=51kΩ。VT1、VT2為電子控制的開關(guān)，通過控制電子開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，改變了AB兩點(diǎn)之間的等效電阻和電源的輸出電流I，根據(jù)U0、I和等效電阻計(jì)算出R1和R2。電動(dòng)汽車在運(yùn)行過程中，電壓U0不是恒定不變的，其讀數(shù)需要和電流同時(shí)采集。當(dāng)VT1導(dǎo)通、VT2關(guān)斷時(shí)，橋式阻抗網(wǎng)絡(luò)等效形式為R1與R并聯(lián)后與R2串聯(lián)，這時(shí)，電源電壓為U01，電流為I1：54電動(dòng)汽車高壓安全絕緣電阻監(jiān)測(cè)原理

當(dāng)VT2導(dǎo)通、VT1關(guān)斷時(shí)，橋式阻抗網(wǎng)絡(luò)等效形式為R2與R并聯(lián)后與R1串聯(lián)，這時(shí)，電源電壓為U02，電流為I2：

當(dāng)高壓電源正極、負(fù)極引線對(duì)底盤的絕緣性能良好，滿足R1、R2都大于10kΩ時(shí)，可以作近似處理：55電動(dòng)汽車高壓安全絕緣電阻監(jiān)測(cè)原理

綜合上述四個(gè)表達(dá)式，得到

如果VT1和VT2同時(shí)關(guān)斷時(shí)，電流I大于2mA，說明絕緣電阻R1、R2之和小于150kΩ，電源的正極、負(fù)極引線電纜對(duì)底盤的絕緣性能不好，檢測(cè)系統(tǒng)不再單獨(dú)監(jiān)測(cè)R1、R2，立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。電器系統(tǒng)概述電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)功率變換器電動(dòng)汽車高壓安全電氣系統(tǒng)的電磁兼容性目錄57電氣系統(tǒng)的電磁兼容性形成復(fù)雜的電動(dòng)汽車電磁環(huán)境同時(shí)對(duì)車輛控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾電氣系統(tǒng)的電磁兼容性在車輛行駛時(shí)，功率開關(guān)周期性的導(dǎo)通與關(guān)斷會(huì)產(chǎn)生寬頻的電磁發(fā)射因此，電動(dòng)汽車的電氣系統(tǒng)需要具有一定的電磁兼容性具體體現(xiàn)在：能夠抵御環(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。58電氣系統(tǒng)的電磁兼容性電磁兼容性的檢測(cè)電磁兼容（EMC）實(shí)驗(yàn)室可進(jìn)行抗電磁干擾強(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。如圖所示為電磁兼容實(shí)驗(yàn)室組織結(jié)構(gòu)。59電氣系統(tǒng)的電磁兼容性我國(guó)電磁兼容性的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)標(biāo)準(zhǔn)名稱GB14023—2022車輛、船和內(nèi)燃機(jī)無線電騷擾特性用于保護(hù)車外接收機(jī)的限制和測(cè)量方法GB/T18655—2018車輛、船和內(nèi)燃機(jī)無線電騷擾特性用于保護(hù)車載接收機(jī)的限值和測(cè)量方法GB/T15152—2006脈沖噪聲干擾引起移動(dòng)通信性能降級(jí)的評(píng)定方法GB/T17619—1998機(jī)動(dòng)車電子電器組件的電磁輻射抗擾限值和測(cè)量方法GB/T18387—2017電動(dòng)車輛的電磁場(chǎng)發(fā)射強(qiáng)度的限值和測(cè)量方法GB/T19951—2019道路車輛電氣/電子部件對(duì)靜電放電抗擾性的試驗(yàn)方法在進(jìn)行電動(dòng)汽車的電磁兼容性設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下兩點(diǎn)：60電氣系統(tǒng)的電磁兼容性電磁兼容性設(shè)計(jì)合理規(guī)劃線束：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；不同用途或不同電平的導(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；關(guān)鍵元件、電路和走線都要加屏蔽，屏蔽要合理接地元器件選擇和電路設(shè)計(jì)：合理選擇元件及抗擾篩選，得到高抗干擾門限值的元件，采用屏蔽的雙絞線做連線，縮短元件和電路的連線。在確定元件和電路時(shí)，除要注意其電磁干擾靈敏度外，還應(yīng)注意一些會(huì)產(chǎn)生電磁干擾的元件和電路，也會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成不應(yīng)有的影響，使信號(hào)發(fā)生畸變，或產(chǎn)生干擾電壓、干擾電流，或使系統(tǒng)造成工作失誤。