新能源汽車電控技術課件

新能源汽車電控技術授課教師:XXX

授課日期:20XXx月x日整車控制系統(tǒng)基礎知識Task1整車控制系統(tǒng)發(fā)展概述整車控制系統(tǒng)發(fā)展概述知識準備：

能源短缺、石油危機和環(huán)境污染越演越烈，給人們的生活帶來巨大影響，甚至影響到國家經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展。因此，世界各國都在積極開發(fā)新能源技術。電動汽車作為一種降低石油消耗、低污染、低噪聲的新能源汽車，被認為是解決能源危機和環(huán)境惡化的重要成果。整車控制系統(tǒng)發(fā)展概述問題引導１:國外電動汽車整車電子控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀是什么?整車控制器的開發(fā)包括軟、硬件設計。核心軟件一般由整車廠研發(fā)，硬件和底層驅動軟件可選擇由汽車零部件廠商提供。１)國外整車控制器技術趨于成熟國外大部分汽車企業(yè)在電動汽車領域積累充足，控制策略成熟度高，整車節(jié)油效果良好，控制器產(chǎn)品通過市場檢驗證實了其可靠性。２)汽車電子零部件企業(yè)積極開展整車控制器研發(fā)和生產(chǎn)制造。各汽車電子零部件巨頭，如德爾福、大陸、博世集團都紛紛進行整車控制器的研發(fā)和生產(chǎn)?部分汽車設計公司也為整車廠提供整車控制器技術方案，如ＡＶＬ、ＦＥＶ、ＲＩＣＡＲＤＯ等，在電動汽車整車控制器領域也有不少成功的案例。整車控制系統(tǒng)發(fā)展概述３)控制器日趨標準化?？刂破鞯臉藴驶岩鹣嚓P企業(yè)的關注，由全球汽車制造商、部件供應商、電子及半導體和軟件系統(tǒng)公司，聯(lián)合建立了汽車開放系統(tǒng)架構聯(lián)盟，形成了ＡＵＴＯＳＡＲ(汽車開放系統(tǒng)架構)標準，簡化了開發(fā)流程并使ＥＣＵ軟件具有復用性，是控制器開發(fā)的一個趨勢。整車控制系統(tǒng)發(fā)展概述問題引導２:國內電動汽車整車電子控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀是什么?“８６３”計劃中我國整車控制器主要是以高校為依托進行研究，如清華大學、同濟大學、北京理工大學等，目前已初步掌握了整車控制器的軟、硬件開發(fā)能力。產(chǎn)品功能較為完備，基本可以滿足電動汽車需求，已經(jīng)應用到樣車及小批量產(chǎn)品上。部分整車企業(yè)與國外公司進行合作，如ＦＥＶ、ＲＩＣＡＲＤＯ等公司通過聯(lián)合開發(fā)，吸收國外相關技術和經(jīng)驗，增強自主開發(fā)能力，目前各廠家基本掌握整車控制器開發(fā)技術，但技術積累有限，水平參差不齊。我國控制器硬件水平與國外存在一定差距，產(chǎn)業(yè)化能力相對不足。大部分企業(yè)推出量產(chǎn)電動汽車產(chǎn)品時更傾向于選擇國外整車控制器硬件供應商。另外，控制器基礎硬件、開發(fā)工具等基本依賴進口?？傮w來講，控制器產(chǎn)品技術水平和產(chǎn)業(yè)化能力與國外仍有較大差距。整車控制系統(tǒng)發(fā)展概述我國整車控制器存在的主要問題:１)應用軟件方面多數(shù)停留在功能實現(xiàn)，軟件診斷功能、整車安全控制策略、監(jiān)控功能均有待優(yōu)化和提高。２)我國電動汽車處于樣車研發(fā)和示范運行階段，基礎數(shù)據(jù)庫不完善，影響整車控制器的設計水平。３)部分企業(yè)能根據(jù)Ｖ型開發(fā)流程(一種軟件和產(chǎn)品開發(fā)工具)引進相關的設備和軟件，普遍使用通用開發(fā)工具進行二次開發(fā)，現(xiàn)有工具偏重于前期開發(fā)，缺少用于生產(chǎn)制造和售后服務的工具，不利于產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。整車控制系統(tǒng)發(fā)展概述４)國內企業(yè)能夠完成整車控制器硬件結構設計，但由于我國芯片集成力量比較薄弱?制造能力較差，可靠性和穩(wěn)定性仍有很大的提升空間。５)目前各整車企業(yè)控制器接口和網(wǎng)絡通信協(xié)議定義互不相通，造成控制器之間的通用性和復用性差，不利于控制器的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；ask2整車控制系統(tǒng)結構組成介紹整車控制系統(tǒng)結構組成介紹問題引導１:整車控制系統(tǒng)的結構組成有哪些?電動汽車驅動系統(tǒng)包括幾種不同的能量和儲能元件(燃料電池、內燃機或其他熱機、動力電池或超級電容)，在實際工作過程中包括了化學能、電能和機械能之間的轉化，電動汽車動力系統(tǒng)能流圖如圖１-１所示。整車控制系統(tǒng)結構組成介紹電動汽車動力系統(tǒng)的部件都有控制器，為分布式分層控制提供了基礎?分布式分層控制可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)的拓撲分離和功能分離。整車控制系統(tǒng)結構組成介紹電動汽車分層結構控制系統(tǒng)如圖1-2所示。最底層是執(zhí)行層，由部件控制器和一些執(zhí)行單元組成,其任務是正確執(zhí)行中間層發(fā)送的指令，這些指令通過CAN總線進行交互,并且有一定的自適應和極限保護功能。整車控制系統(tǒng)結構組成介紹中間層是協(xié)調層，也就是整車控制器(ＶＭＳ),它的主要任務是一方面根據(jù)駕駛人的各種操作和汽車當前的狀態(tài)解釋駕駛人的意圖;另一方面根據(jù)執(zhí)行層的當前狀態(tài),做出最優(yōu)的協(xié)調控制。最高層是組織層,由駕駛人或者制動駕駛儀來實現(xiàn)車輛控制的閉環(huán).整車控制系統(tǒng)結構組成介紹電動汽車整車控制系統(tǒng)結構圖如圖１-３所示。整車控制系統(tǒng)結構組成介紹問題引導２:整車控制器的結構組成有哪些?1、整車控制器構成（圖1-4）整車控制器即動力總成控制器，是整個汽車的核心控制部件，它采集加速踏板信號、制動踏板信號及其他部件信號并做出相應判斷后，控制下層的各部件控制器的動作，驅動汽車正常行駛。整車控制系統(tǒng)結構組成介紹作為汽車的指揮管理中心，其主要功能包括:驅動力矩控制、制動能量的優(yōu)化控制、整車的能量管理、ＣＡＮ網(wǎng)絡的維護和管理、故障的診斷和處理、車輛狀態(tài)監(jiān)視等，它起著控制車輛運行的作用，因此，ＶＭＳ的優(yōu)劣直接影響著整車性能。整車控制器是純電動汽車整車控制系統(tǒng)的核心部件，它對汽車的正常行駛、再生能量回收、網(wǎng)絡管理、故障診斷與處理、車輛的狀態(tài)與監(jiān)視等功能起著關鍵的作用。為滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換量大，實時性、可靠性要求高的特點，整個分布式控制系統(tǒng)之間采用ＣＡＮ總線進行通信。整車控制系統(tǒng)結構組成介紹目前，較主流的電動汽車整車控制系統(tǒng)都采用ＣＡＮ總線通信連接，這樣不僅大大提高了控制的效率和穩(wěn)定性，而且能實現(xiàn)數(shù)字控制。電動汽車驅動電機、電池等執(zhí)行動力部分的狀態(tài)信號被發(fā)送到ＣＡＮ總線，最終傳輸?shù)斤@示終端提供給駕駛人，以便實現(xiàn)整車控制。整車控制器通過相關傳感器采集駕駛人駕駛信號，通過ＣＡＮ總線獲得電機和電池系統(tǒng)的相關信息，進行分析和運算，通過ＣＡＮ總線給出電機控制和電池管理指令，實現(xiàn)整車驅動控制、能量優(yōu)化控制和制動回饋控制。另外，整車控制器還具有組合儀表接口功能，可顯示整車狀態(tài)信息，具備完善的故障診斷和處理功能以及整車網(wǎng)關及網(wǎng)絡管理功能。整車控制系統(tǒng)結構組成介紹2、整車控制器開發(fā)在傳統(tǒng)的控制單元開發(fā)流程中，通常采用串行開發(fā)模式，即首先根據(jù)應用需要提出系統(tǒng)需求并進行相應的功能定義，然后進行硬件設計，使用匯編語言或Ｃ語言進行面向硬件的代碼編寫，隨后完成軟、硬件和外部接口集成，最后對系統(tǒng)進行測試標定，現(xiàn)在的開發(fā)多采用Ｖ模式開發(fā)流程(圖1-5)。整車控制系統(tǒng)結構組成介紹第一步，功能定義和離線仿真。第二步，快速控制器原型和硬件開發(fā)。第三步，目標代碼生成。第四步，硬件在環(huán)仿真。第五步，調試相標定。Task3整車控制系統(tǒng)工作原理和功能介紹整車控制系統(tǒng)工作原理和功能介紹知識準備：整車控制系統(tǒng)主要包括微控制器(ＭＣＵ)、模擬量輸入和輸出、開關量調節(jié)、繼電器驅動、高低速ＣＡＮ總線、電源等模塊。整車控制器對各個環(huán)節(jié)進行管理、協(xié)調和監(jiān)控，以提高整車能量利用效率，確保安全性和可靠性。問題引導１:整車控制系統(tǒng)的工作原理是什么?整車控制系統(tǒng)的各功能模塊簡要說明如下。１)開關量調節(jié)模塊。用于開關輸入量的電平轉換和整形，其一端與多個開關量傳感器相連，另一端與微控制器相接。２)繼電器驅動模塊。用于驅動多個繼電器，其一端通過光隔離器與微控制器相連，另一端與多個繼電器相接。３)高速ＣＡＮ總線接口模塊。用于提供高速ＣＡＮ總線接口，其一端通過光隔離器與微控制器相連，另一端與系統(tǒng)高速ＣＡＮ總線相接，主要處理實時性要求高的信號，如電機轉速信號。整車控制系統(tǒng)工作原理和功能介紹４)低速ＣＡＮ總線接口模塊。用于提供低速ＣＡＮ總線接口，其一端通過光隔離器與微控制器相連，另一端與系統(tǒng)低速ＣＡＮ總線相接，主要處理對實時性要求不是很高的信號，如燈光控制。５)電源模塊。電源模塊可為微處理器和各輸入和輸出模塊提供隔離電源，并對蓄電池電壓進行監(jiān)控，與微控制器相連。６)模擬量輸入和輸出模塊?？刹杉?~5Ｖ模擬信號，并可輸出０~4.095Ｖ的模擬電壓信號。７)脈沖信號輸入和輸出模塊?？刹杉}沖信號并調節(jié)，范圍為1~20kHz，幅度為６~５０Ｖ；輸出ＰＷＭ信號，范圍為１~１０ｋＨｚ，幅度為０~１４Ｖ。整車控制系統(tǒng)工作原理和功能介紹８)故障和數(shù)據(jù)存儲模塊。存儲器可以存儲標定的數(shù)據(jù)和故障碼、車輛特征參數(shù)等，容量為32K。整車控制系統(tǒng)工作原理和功能介紹問題引導２:整車控制系統(tǒng)的功能有哪些?純電動汽車整車控制系統(tǒng)通常解決與汽車功能要求有關的問題，而這些問題僅依靠通常的機械系統(tǒng)是難以解決的。各種整車控制系統(tǒng)往往是相互關聯(lián)的，如果不考慮這種相關性，任何一個控制系統(tǒng)都會出現(xiàn)非所預期的結果。新能源汽車整車控制系統(tǒng)是有層次的，一般可以分成３個層次。整車控制系統(tǒng)工作原理和功能介紹第一層是車輛綜合控制系統(tǒng)；第二層是各個子系統(tǒng)，如制動控制系統(tǒng)、轉向控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)和動力傳動裝置控制系統(tǒng)等；車輛前后、左右４個制動裝置或４個懸架裝置的控制系統(tǒng)則屬于第三層。整車控制系統(tǒng)工作原理和功能介紹1、整車控制系統(tǒng)對車輛性能的影響(1)動力性和經(jīng)濟性整車控制系統(tǒng)決定發(fā)動機和電動機轉矩的輸出，直接關系到汽車動力性能，影響駕駛人的操縱感覺；燃料電池轎車和客車有兩個或兩個以上的能量來源，在汽車實際行駛過程中，整車控制器實施控制能量源之間的能量分配，從而實現(xiàn)整車能量的優(yōu)化，獲得較高的經(jīng)濟性。

(2)安全性燃料電池轎車和客車上包括氫氣瓶、動力電池等能量儲存單元和動力總線，電動機及其控制器等強電環(huán)節(jié)，除了原有的車輛安全性問題(如制動和操作穩(wěn)定性)之外，還增加了高壓電安全和氫安全等新的安全隱患。整車控制器必須從整車的角度及時檢測各部件的工作狀態(tài)，并對可能出現(xiàn)的危險進行及時處理，以保證成員和車輛的安全。整車控制系統(tǒng)工作原理和功能介紹(３)駕駛舒適性及整車的協(xié)調控制采用整車控制器管理汽車上的各部件工作，可以整合汽車上各項功能，如自動巡航、ＡＢＳ、自動變速等，實現(xiàn)信息共享和全局控制，改善駕駛舒適性。整車控制器根據(jù)駕駛人操作信號進行駕駛意圖解釋，根據(jù)各部件和整車工作的狀態(tài)進行整車安全管理和能量分配決策，通過ＣＡＮ總線向部件ＥＣＵ發(fā)送命令，并通過硬件資源驅動整車安全操作和儀表顯示。整車控制系統(tǒng)工作原理和功能介紹2、整車控制系統(tǒng)的功能(１)改善乘坐舒適性。良好的乘坐舒適性表現(xiàn)為車輛在任何路面行駛時。無論轉向和側向運動時顛簸和沖擊都較小。(２)車輛行駛時的姿態(tài)控制?？刂栖囕v在轉向、制動和加速時的側傾、縱傾等運動，以保證駕駛人有最舒適的車輛水平位置。(３)保證有高的操縱性和穩(wěn)定性。無論在何種速度下都能保證車輛的操縱性和穩(wěn)定性。(４)提高行駛能力極限(５)自適應操縱系統(tǒng)整車控制系統(tǒng)工作原理和功能介紹3、整車控制器功能說明純電動汽車整車控制器基本具備以下功能:(１)對汽車行駛控制的功能。整車控制器對采集的駕駛人操作信息進行正確的分析處理，來實現(xiàn)駕駛人的意圖。(２)整車的網(wǎng)絡化管理。整車控制器是電動汽車眾多控制器中的一個，是ＣＡＮ總線中的一個節(jié)點。在整車網(wǎng)絡管理中，整車控制器是信息控制的中心，負責信息的組織與傳輸、網(wǎng)絡狀態(tài)的監(jiān)控、網(wǎng)絡節(jié)點的管理以及網(wǎng)絡故障的診斷與處理。(３)制動能量回饋控制。整車控制器根據(jù)加速踏板和制動踏板的開度以及動力電池的ＳＯＣ值來判斷某一時刻能否進行制動能量回饋。整車控制系統(tǒng)工作原理和功能介紹(４)整車能量管理和優(yōu)化。在純電動汽車中，電池除了給驅動電機供電以外，還要給電動附件供電。整車控制器將負責整車的能量管理，以提高能量的利用率。(５)車輛狀態(tài)的監(jiān)測和顯示。整車控制器應該對車輛的狀態(tài)進行實時檢測，并且將各個子系統(tǒng)的信息發(fā)送給車載信息顯示系統(tǒng)。(６)安全故障診斷與處理。整車控制器要能對汽車各種可能的故障進行分析處理，這是保證汽車行駛安全的必備條件。(７)外接充電管理。(８)診斷設備在線診斷和下線檢測。負責與外部診斷設備的連接和診斷通信，實現(xiàn)ＵＤＳ診斷服務。整車控制系統(tǒng)工作原理和功能介紹多思考，多實踐！新能源汽車電控技術授課教師:XXX

授課日期:20XXx月x日電器元器件Task1基本元器件認知基本元器件認知問題引導１:電路保護器有哪些?汽車上的電路必須被保護，不能使電流過載或短路。電流過載是電路中有過大的電流，電流過載可能是由電路短路造成的。短路是一種故障狀態(tài)，形成低電阻的通路，讓電流流過。電路保護器能在電路出現(xiàn)過載時切斷電路，來保護導線和連接器不被損害。電路保護器一般有電路斷路器、可熔性連接線和熔斷器三類。基本元器件認知1、電路斷路器（圖2-1）斷路器是串聯(lián)在電路中起過載保護作用的一種能重復使用的“熔絲”。電路斷路器有３種類型：自動復位電路斷路器、手動復位電路斷路器和正溫度系數(shù)(PCT)固態(tài)電路斷路器?；驹骷J知使用斷路器的優(yōu)點如下:１)斷路器一般不會損壞，使用壽命長久。２)使用了可彎曲的雙金屬片，在電流過大時，雙金屬片彎曲使觸點斷開來斷開電路，冷卻后觸點再次閉合，接通電路。斷路器可重復使用，減少換熔絲的麻煩。３)安裝斷路器有利于行車安全?；驹骷J知2、易熔線（圖2-2）易熔線是一種截面積小于被保護導線截面積、可長時間通過額定電流的銅芯低壓導線或合金線，用于保護總電路或較重要電路。汽車易熔線起熔絲的作用，可長時間通過額定電流，當電路過流、過載時即時熔斷，起保護電路和用電設備的作用。易熔線內部的導線通過極高的電流時被熔斷,當熔斷之后，必須進行更換。基本元器件認知3、熔斷器（圖2-3）熔斷器串聯(lián)在電源與用電設備之間，是電路的保護裝置，當電路通過過量的電流時，熔斷器內的金屬條(熔體)會被熔斷，使電路斷開。熔斷器是一次性用品，被熔斷后必須予以更換。基本元器件認知熔斷器廣泛應用于高、低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)以及用電設備中，作為短路和過電流的保護器，是應用最普遍的保護器件之一。易受其他用電設備干擾的電器件必須單設熔斷器。對于為增加舒適性而設置的普通電器件類的電負荷可以根據(jù)情況相互組合，共同使用一個熔斷器?；驹骷J知熔斷器分快熔式和慢熔式兩種?？烊凼饺蹟嗥鞯闹饕考羌氬a線，其結構簡單、可靠性和耐振好、易檢測，所以被廣泛采用；慢熔式熔斷器實際上是錫合金片，這種結構的熔斷器一般串聯(lián)連接到感性負載的電路中，如電機電路。熔斷器又可分為插片式熔斷器、玻璃管熔斷器、歐式熔斷器、插孔式大熔斷器和特大號熔斷器。基本元器件認知(1)插片式熔斷器

插片式熔斷器有大號、標準和微型３種不同的尺寸類型(圖２-４)。應用場合:微型和標準型的熔斷器使用在熔斷器板上或者電器控制中心里；大號的熔斷器有時被用于替代易熔線，位于前機艙內?；驹骷J知(２)玻璃管熔斷器玻璃管熔斷器是一根玻璃管，內部有一根金屬絲，金屬絲與玻璃管兩端的金屬帽相連接(圖２￣５)，熔斷電流額定值壓印在端帽上，有多種尺寸和額定值以適應它們所保護的電路。應用場合:熔斷器板上與各個電路串聯(lián)，或者使用在老式車輛上的電氣中心處。基本元器件認知(３)歐式熔斷器歐式熔斷器背部有金屬條的細長的塑料芯座(圖２-６)，電流額定值壓印在芯座的明面上，有多種規(guī)格以適應它們所保護的電路。應用場合:歐洲車輛的熔斷器板上?；驹骷J知(４)特大號熔斷器特大號熔斷器(圖2-7)用于電流特別大的電流回路，可保護電流達250A的電路?；驹骷J知(５)插孔式大熔斷器插孔式大熔斷器是小體積、方形外殼的熔斷器內有金屬條連接到兩個插孔式接線端上(圖２-８)，電流的額定數(shù)值壓印在熔斷器殼的頂端，有多種電流的額定值。應用場合:新型汽車前機艙內的熔斷器板上?；驹骷J知熔斷器檢修時必須注意以下幾點:１)熔斷器熔斷后，必須查明原因，徹底排除故障。２)更換熔斷器時一定要使用與原規(guī)格相同的熔斷器，不可旁通或用更大容量的電路保護元件替換。

３)安裝時，要保證熔斷器與熔斷器支架接觸良好?；驹骷J知問題引導２:電阻器有哪些?電阻器(圖２-９)又稱為電阻，在電子產(chǎn)品和汽車電路中是一種必不可少的元件。在電路中使用電阻的目的是限壓、限流或得到規(guī)定的電壓等。基本元器件認知(１)按制作材料分有碳膜電阻、繞線電阻、金屬膜電阻和半導體電阻。

１)碳膜電阻。

碳膜電阻電阻值的大小取決于碳材料的厚度，碳材料厚度越厚，電阻值就越大，碳膜電阻體積比較小，應用于計算機電路板上。電阻值的大小可以用色環(huán)法讀出。在電阻外面的色環(huán)表示電阻的電阻值，對于４環(huán)電阻，前兩環(huán)是有效數(shù)字，第３環(huán)是倍乘，第４環(huán)是允許偏差。對于５環(huán)電阻，前３環(huán)是有效數(shù)字，第４環(huán)是倍乘，第５環(huán)是允許偏差。有的色環(huán)不能做有效數(shù)字，有的色環(huán)不能做允許偏差，但可以根據(jù)顏色判斷第一環(huán)。基本元器件認知２)線繞電阻。線繞電阻是用高電阻值的導線纏繞在一個圓柱形的絕緣芯子上制成的(圖2-10)。線繞電阻電阻值的大小取決于繞線的長度，經(jīng)常使用在大功率的應用場合，要比其他類型的電阻體積大?；驹骷J知３)金屬膜電阻。金屬膜電阻利用真空噴涂技術在瓷棒上面噴涂，將碳膜換成金屬膜(如鎳鉻)，并在金屬膜車出螺旋紋做出不同阻值，并且于瓷棒兩端鍍上貴金屬。雖然它較碳膜電阻器貴，但雜聲小、穩(wěn)定,受溫度影響小，精確度高，因此被廣泛應用于高級音響器材、計算機、儀表、國防及太空設備等方面。４)半導體電阻。半導體電阻也稱敏感電阻器，主要由半導體材料制成，它對外界(如溫度、濕度、機械力、電壓磁場等物理量)變化反應敏感。基本元器件認知(２)按結構形式分固定電阻和可變電阻。固定電阻就是阻值固定的電阻，而可變電阻(圖2-11)的阻值可變，分為變阻器和電位器?；驹骷J知變阻器通常使用在內部的照明系統(tǒng)中，被用于控制儀表板上照明燈的明暗調節(jié)，燈光開關如圖2-12所示?；驹骷J知電位器通常用在車載計算機的輸入傳感器上，應用實例有加速踏板傳感器、廢氣再循環(huán)(EGR)位置傳感器(圖2-13)和節(jié)氣門位置傳感器(圖2-14)?；驹骷J知(３)按功率分有１/１６Ｗ、１/８Ｗ、１/４Ｗ、１/２Ｗ、１Ｗ、２Ｗ等。(４)按用途分有精密電阻、高頻電阻、高壓電阻、大功率電阻、熔斷電阻、熱敏電阻、光敏電阻、壓敏電阻等?；驹骷J知１)熱敏電阻。熱敏電阻是對溫度變化很敏感的電阻器，其種類較多，但大體可分為兩類，一類是阻值隨溫度升高而增大，這類熱敏電阻稱為正溫度系數(shù)熱敏電阻，也稱PTC元件；另一類是阻值隨溫度升高而減小，這類熱敏電阻稱為負溫度系數(shù)熱敏電阻，也稱NTC元件。這兩類熱敏電阻都具有對溫度變化極其敏感(熱惰性小)、體積小等特點，主要應用于溫度測量、溫度控制、火災報警、微波和激光功率測量等方面。基本元器件認知２)光敏電阻。光敏電阻是一種對光照很敏感的半導體元件，當光照增強時其電阻值下降，反之亦然。根據(jù)制作光敏電阻材料經(jīng)摻雜后的光譜特性，可將光敏電阻分為紫外光光敏電阻器、可見光光敏電阻器和紅外光光敏電阻器３類。３)壓敏電阻。壓敏電阻是電壓敏感電阻器的簡稱，是一種非線性電阻元件。壓敏電阻阻值與兩端施加的電壓大小有關。壓敏電阻器性優(yōu)價廉，體積小，具有工作電壓范圍寬、對過壓脈沖響應快、耐沖擊電流能力強、漏電電流小(低于幾微安)、電阻溫度系數(shù)小等特點。是一種理想的保護元件，廣泛地應用在家電及其他電子產(chǎn)品中?；驹骷J知４)磁敏電阻。磁敏電阻是利用磁電效應做成的，它的電阻值隨磁通密度的增加而增大。５)力敏電阻。力敏電阻是利用材料的電阻率隨外加應力改變而改變的現(xiàn)象制成的。６)氣敏電阻。氣敏電阻是利用半導體表面吸收某種氣體分子后發(fā)生氧化還原反應而使電阻率發(fā)生改變的特性而制成的。７)濕敏電阻。濕敏電阻是利用其電阻值隨環(huán)境相對濕度的變化而改變的特性制成的一種敏感元件?；驹骷J知問題引導３:常見電容器有哪些?電容器是由兩塊金屬電極之間夾一層絕緣電介質構成的。當在兩金屬電極間加上電壓時，電極上就會存儲電荷，所以電容器是儲能元件。電容器必須在外加電壓的作用下才能儲存電荷。不同的電容器在電壓作用下儲存的電荷量也可能不相同。國際上統(tǒng)一規(guī)定，給電容器外加１Ｖ直流電壓時，它所能儲存的電荷量為該電容器的電容量(即單位電壓下的電量)，用字母Ｃ表示，電容量的基本單位為Ｆ。基本元器件認知1、電容器結構（圖2-15）電容器由兩個導電的表面(極板)緊靠在一起構成，中間被絕緣體分隔開。絕緣體(電介質)可以是塑料、玻璃、紙、陶瓷和空氣等。基本元器件認知當電壓加在兩個極板上時，它們就帶了電荷，一個極板帶了正電荷，另一個極板帶負電荷。當電壓被移走后，極板會保持帶電狀態(tài)，如果電容極板表面積加大，就能夠保持更多的電荷，其工作過程如圖2-16所示。基本元器件認知2、電容器特點１)具有充、放電特性和阻止直流電流通過、允許交流電流通過的能力。２)在充電和放電過程中，兩極板上的電荷有積累過程(即電壓的建立過程)。因此，電容器上的電壓不能突變。３)電容器的容抗與頻率、容量成反比?；驹骷J知3、電容器的作用(１)耦合用在耦合電路中的電容稱為耦合電容。(２)濾波用在濾波電路中的電容器稱為濾波電容。(３)退耦用在退耦電路中的電容器稱為退耦電容。(４)高頻消振用在高頻消振電路中的電容稱為高頻消振電容。(５)諧振用在ＬＣ諧振電路中的電容器稱為諧振電容。(６)旁路用在旁路電路中的電容器稱為旁路電容。(７)中和用在中和電路中的電容器稱為中和電容。(８)定時用在定時電路中的電容器稱為定時電容。(９)積分用在積分電路中的電容器稱為積分電容?；驹骷J知(１０)微分用在微分電路中的電容器稱為微分電容。(１１)補償用在補償電路中的電容器稱為補償電容。(１２)自舉用在自舉電路中的電容器稱為自舉電容。(１３)分頻用在分頻電路中的電容器稱為分頻電容。(１４)負載與石英晶體諧振器一起決定負載諧振頻率的有效外界電容稱為負載電容。基本元器件認知4、超級電容超級電容器是一種電容量可達數(shù)千法拉的極大容量電容器，采用雙電層介質和活性炭多孔化電極。超級電容器的充、放電過程始終是物理過程，沒有化學反應，因此性能是穩(wěn)定的，與利用化學反應的蓄電池不同?；驹骷J知(１)超級電容的結構簡介目前的雙層結構超級電容主要有碳電極雙層電容器、金屬氧化物電極雙層電容器和有機聚合物電極雙層電容器，但是由于金屬氧化物(氧化釕)電極電容價格高昂、有二次污染等原因，目前主要用于軍事領域。雙層超級電容器的結構如圖2-17所示。基本元器件認知(２)超級電容用作新能源汽車的輔助動力源(圖2-18)當瞬時功率需求較大時，由超級電容提供尖峰功率，并且在制動回饋時吸收尖峰功率，那么就可以減輕對電池、燃料電池或其他ＡＰＵ的壓力?；驹骷J知(３)超級電容用做汽車部件的輔助能源除了用于動力驅動系統(tǒng)外，超級電容在汽車零部件領域也有廣泛的應用。例如，未來汽車設計使用的４２Ｖ電系統(tǒng)(轉向、制動、空調、高保真音響、電動座椅等)。如果使用長壽命的超級電容，可以使需求功率經(jīng)常變化的子系統(tǒng)性能大大提高，還可以減少車內用于電制動、電轉向等子系統(tǒng)的布線，同時減少汽車子系統(tǒng)對電池的功率消耗，延長電池的使用時間。Task2電子元器件認知電子元器件認知問題引導１:二極管特性有哪些?二極管是一種具有兩個電極的裝置(圖2-19),，只允許電流單方向流過，主要應用的是其整流的功能。變容二極管可用來當作電子式的可調電容器。電子元器件認知1、二極管的特性(１)正向性在正常使用的電流范圍內，導通時二極管的端電壓幾乎維持不變，這個電壓稱為二極管的正向電壓。(２)反向性由于反向電流很小，所以二極管處于截止狀態(tài)，這個反向電流又稱為反向飽和電流或漏電流，二極管的反向飽和電流受溫度影響很大。外加反向電壓超過某一數(shù)值時，反向電流會突然增大，這種現(xiàn)象稱為電擊穿。反向擊穿按機理分為齊納擊穿和雪崩擊穿兩種情況。無論哪種擊穿，若對其電流不加限制，都可能造成ＰＮ結永久性損壞。電子元器件認知(３)特性曲線(圖2-20)硅二極管(不發(fā)光類型)正向管壓降為0.7Ｖ，鍺管正向管壓降為0.3Ｖ，發(fā)光二極管正向管壓降會隨發(fā)光顏色不同而不同。

二極管的電壓與電流不是線性關系，所以在將不同的二極管并聯(lián)時要接相適應的電阻，與ＰＮ結一樣，二極管具有單向導電性。電子元器件認知2、二極管的作用（圖2-21）二極管是最常用的電子元件之一，它最大的特性就是單向導電性，也就是電流只可以從二極管的一個方向流過。二極管的作用有整流、檢波、穩(wěn)壓和調制。電子元器件認知3、二極管的工作原理晶體二極管為一個由Ｐ型半導體和Ｎ型半導體形成的ＰＮ結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場。當不存在外加電壓時，二極管因ＰＮ結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抵消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流。電子元器件認知當外加的反向電壓高到一定數(shù)值時，ＰＮ結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，二極管被擊穿。電子元器件認知4、二極管的種類（圖2-22）二極管的種類很多，按照所用的半導體材料不同，可分為鍺二極管(Ｇｅ管)和硅二極管(Ｓｉ管)；根據(jù)其用途不同，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關二極管、隔離二極管、肖特基二極管、發(fā)光二極管、硅功率開關二極管、旋轉二極管等；按照管芯結構不同，可分為點接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。電子元器件認知5、二極管的檢驗方法檢測小功率晶體二極管(圖2-23)。(１)判別正、負電極ａ)觀察外殼上的符號標記。通常在二極管的外殼上標有二極管的符號，帶有三角形箭頭的一端為正極，另一端為負極。ｂ)觀察外殼上的色點。ｃ)以阻值較小的一次測量為準，黑表筆所接的一端為正極，紅表筆所接的一端則為負極。ｄ)觀察二極管外殼，帶有銀色帶一端為負極。電子元器件認知(２)檢測最高反向擊穿電壓對于交流電來說，因為不斷變化，因此最高反向工作電壓就是二極管承受的交流峰值電壓。(３)檢測雙向觸發(fā)二極管(４)瞬態(tài)電壓抑制二極管(ＴＶＳ)的檢測(５)高頻變阻二極管的檢測(６)變容二極管的檢測將萬用表紅、黑表筆對調測量，變容二極管的兩引腳間的電阻值均應為無窮大。(７)單色發(fā)光二極管的檢測(８)紅外發(fā)光二極管的檢測(９)紅外接收二極管的檢測電子元器件認知6、二極管的性能指標用來表示二極管的性能好壞和適用范圍的技術指標，稱為二極管的參數(shù)。(１)最大整流電流ＩＦＩＦ指二極管長期連續(xù)工作時，允許通過的最大正向平均電流值，其值與ＰＮ結面積及外部散熱條件等有關。(２)最高反向工作電壓Ｕｄｒｍ

加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時，會將二極管擊穿，使其失去單向導電能力。為了保證使用安全，規(guī)定了最高反向工作電壓值。(３)反向電流Ｉｄｒｍ反向電流指二極管在常溫(２５℃)和最高反向電壓作用下，流過二極管的反向電流，反向電流越小，二極管的單方向導電性能越好。電子元器件認知(４)動態(tài)電阻Ｒｄ

二極管特性曲線靜態(tài)工作點Ｑ附近電壓的變化與相應電流的變化量之比。(５)最高工作頻率Ｆｍ

Ｆｍ是二極管工作的上限頻率。(６)電壓溫度系數(shù)半導體電壓隨溫度的變化而變化，這種變化的系數(shù)，稱為電壓溫度系數(shù)，法定單位是伏特每開爾文(Ｖ/Ｋ)。電子元器件認知問題引導２:晶體管特性有哪些?1、晶體管的結構和參數(shù)（圖2-24）晶體管由兩個相距很近的ＰＮ結組成，是在一塊半導體晶片上制造３個摻雜區(qū)，形成兩個ＰＮ結，再引出３個電極，用管殼封裝而成。電子元器件認知(１)晶體管的結構晶體管由Ｐ型和Ｎ型材料組合的３層材料制成。按照兩個ＰＮ結的組合方式不同，晶體管可分為ＮＰＮ型(圖2-25ａ)和ＰＮＰ型(圖2-25ｂ)兩種。實際上，一個晶體管是擁有共同中間層的兩個二極管。電子元器件認知(２)晶體管的基本參數(shù)１)電流放大倍數(shù)β。

晶體管在有輸入信號的情況下，輸出信號的電流變化與輸入信號的電流變化之比，稱為電流放大倍數(shù)，即一般簡稱的晶體管放大倍數(shù)。電流放大倍數(shù)決定了晶體管的基本放大能力。２)穿透電流ＩＣＥＯ。

當基極ｂ開路時，集電極ｃ、發(fā)射極ｅ之間加上一定電壓時，ｃｅ之間并不是沒有電流流過，只是流過的電流很小，稱為穿透電流ＩＣＥＯ。晶體管的穿透電流越小，質量越好。電子元器件認知３)極限參數(shù)。使晶體管得到充分利用而又安全可靠工作的參數(shù),稱為極限參數(shù)。ａ)集電極最大允許電流ＩＣＭ。ｂ)集電極最大允許耗散功率ＰＣＭ

。ｃ)反向擊穿電壓。晶體管工作時，加在任何兩個電極之間的反向電壓超過一定值時，都會產(chǎn)生很大電流，從而導致晶體管損壞。Ｕ(ＢＲ)ＣＥＯ是指基極開路時，集電極與發(fā)射極之間的擊穿電壓值。電子元器件認知2、晶體管的3種工作狀態(tài)(１)截止基極加了反向偏壓，在這種狀態(tài)下，晶體管不導通，沒有電流流動，稱為晶體管的截止狀態(tài)。如果把ｃｅ看作一個開關的兩端，截止狀態(tài)相當于開關斷開。對于ＰＮＰ型晶體管，發(fā)射極ｅ與基極ｂ電位差小于0.3Ｖ(圖2-26)，基極加了反向偏壓，ＰＮＰ晶體管截止。電子元器件認知(２)放大基極加了正向偏壓，在這種狀態(tài)下，晶體管導通，集電極ｃ向發(fā)射極ｅ有電流，而且流過的電流的大小與基極ｂ流入的電流成正比，稱為晶體管的放大狀態(tài)(圖2-27)。電子元器件認知(３)飽和

在放大狀態(tài)，晶體管ｃｅ之間的電流是隨著基極ｂ的電流增大而增大的。但是，當晶體管的基極電流增加到一定值時，再增大正向偏壓、加大基極電流，ｃｅ之間的電流維持在一個最大值而不再增大了，這種狀態(tài)稱為晶體管的飽和狀態(tài)。在飽和狀態(tài)，晶體管ｃｅ之間電位差很小，幾乎為零，相當于一個開關的兩端閉合。在分析汽車電路時，如果遇到晶體管飽和的狀態(tài)，可認為ｃ、ｅ電位相等。電子元器件認知3、晶體管的檢測(１)管型與管腳的判別１)目測法。ａ)管型的判別。一般情況下，管型可以從管殼上標注的型號來判別。ｂ)管腳極性的判別。常用的小功率晶體管有金屬圓殼封裝和塑料封裝(半圓柱形)等。大功率晶體管的外形有金屬殼封裝(扁柱形)以及塑料封裝(扁平、管腳直列)等形式。２)用萬用表電阻檔判別。電子元器件認知(２)晶體管好壞的判斷測得晶體管正向阻值很大時，表明晶體管開路；如果測得反向電阻值很小，或ｃ、ｅ極間的電阻值接近零，說明晶體管短路或已擊穿。如果測得ｃ、ｅ極間的電阻值很小，則表明晶體管的穿透電流過大，已不能使用。電子元器件認知4、晶體管放大電路在汽車電子電路中的應用(１)晶體管的基本放大電路按照晶體管處于放大狀態(tài)的條件構成晶體管基本放大電路，如圖2-28所示。電子元器件認知信號經(jīng)過晶體管放大，在放大電路中發(fā)生了３個變化:輸入電壓信號被放大、輸入電流被放大、輸出波形反轉180°。晶體管的最主要的功能是放大，在汽車電子電路中，主要用來對微弱信號進行放大。圖2-29所示為利用晶體管的放大特性制作的汽車電路搭鐵(短路)探測器。電子元器件認知(２)晶體管開關電路在汽車電子電路中的應用１)ＮＰＮ晶體管開關電路。晶體管在基極電流控制下，在截止與飽和兩種狀態(tài)交替變換，就如同一個開關的斷開與閉合狀態(tài)交替變換一樣。圖2-30所示為ＮＰＮ型晶體管開關電路。電子元器件認知圖2-31所示為舌簧管開關式液位傳感器。２)ＰＮＰ晶體管開關電路。ＰＮＰ型晶體管的開關電路與ＮＰＮ型晶體管開關電路的組成和工作原理類似，只是加在基極ｂ上的控制信號要低于發(fā)射極電位。電子元器件認知(３)晶體管構成的多諧振蕩器及其在汽車電子電路中的應用多諧振蕩器電路是由晶體管放大電路和將晶體管集電極輸出信號反傳給晶體管基極的正反饋電路組成的，如圖2-32所示。電子元器件認知(３)晶體管構成的多諧振蕩器及其在汽車電子電路中的應用多諧振蕩器電路是由晶體管放大電路和將晶體管集電極輸出信號反傳給晶體管基極的正反饋電路組成的，如圖2-32所示。電子元器件認知多諧振蕩器在汽車中的應用:

１)電子式閃光器。SG31型全電子式閃光器電路如圖2-33所示，改變電阻Ｒ２、Ｒ３和電容器Ｃ的大小以及Ｖ３的β值，即可改變閃光頻率。電子元器件認知２)電子式電喇叭。

電子式電喇叭即無觸點電喇叭，它具有音色和音量穩(wěn)定且易調整、故障少等優(yōu)點，因而在現(xiàn)代汽車上使用越來越廣泛。電子式電喇叭主要由多諧振蕩器及功率放大器組成，其電路如圖2-34所示，Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３構成了多諧振蕩器。電子元器件認知３)間歇式電動刮水器。

圖2-35所示為多諧振蕩器控制的間歇式電動刮水器電路。電子元器件認知問題引導３:晶閘管特性有哪些?晶閘管從外觀上看與晶體管沒有什么區(qū)別，是一種僅有開關功能(導通或阻斷)的硅半導體元件，其結構示意圖和符號如圖2-36所示。電子元器件認知問題引導４:場效應晶體管特性有哪些?絕緣柵型場效應晶體管由金屬—氧化物—半導體制成,簡稱ＭＯＳ管。ＭＯＳ管的結構及符號如圖2-37所示，其引出的３個電極分別為柵極Ｇ、漏極Ｄ和源極Ｓ。電子元器件認知1、場效應晶體管的結構與工作原理增強型絕緣柵場效應晶體管(MOSFET)種類和結構繁多，按導電溝道可分為Ｐ溝道和Ｎ溝道兩種類型。當柵極Ｇ電壓為零時，漏、源極間存在導電溝道的稱為耗盡型；當柵極Ｇ電壓大于(小于)零時漏、源極間才存在導電溝道的稱為增強型。在功率MOSFET中，應用較多的是Ｎ溝道增強型。電子元器件認知當柵、源極間電壓為零時，若漏極、源極間加正電源，Ｐ區(qū)與Ｎ區(qū)之間形成的ＰＮ結反

偏，漏極、源極之間無電流流過，如圖2-38ａ所示。電子元器件認知以柵源電壓為參變量，反映漏極電流與漏極電壓間關系的曲線族稱為MOSFET的輸出特性。漏極電流和柵源電壓的關系曲線反映了輸入控制電壓與輸出電流的關系，稱為MOSFET的轉移特性，如圖2-39a所示。電子元器件認知功率MOSFET輸出特性如圖2-39b所示，由圖可以看到輸出特性分為3個工作區(qū):截止區(qū)、飽和區(qū)和非飽和區(qū)。電子元器件認知2、MOSFET的開關特性圖2-40是用來測試MOSFET開關特性的電路。電子元器件認知3主要參數(shù)(１)漏、源擊穿電壓(２)漏極連續(xù)電流額定值和漏極脈沖電流峰值(３)漏、源通態(tài)電阻RDS(on)

(４)漏、源電壓UGSS(５)跨導Gfs(６)極間電容電子元器件認知問題引導５:IGBT特性有哪些?電動汽車中需要用到大量的絕緣柵雙極晶體管(IGBT),它是電動汽車中的核心器件之一,是動力系統(tǒng)的重要組成部分。IGBT主要應用于以下兩個子系統(tǒng)中:①電動控制系統(tǒng),大功率直流交流(DCAC)逆變后驅動汽車電機；②車載空調控制系統(tǒng),小功率直流交流(DCAC)逆變,使用電流較小的IGBT元件。電子元器件認知1IGBT的外形和符號IGBT是一個由施加于柵極的電壓控制的開關晶體管。IGBT靠電導調制來降低導通損耗。IGBT具有高輸入阻抗和快速的開啟速度,而其導通電壓降和電流承載能力與雙極型晶體管相同,但開關速度更快。IGBT有集電極Ｃ、柵極Ｇ、發(fā)射極Ｅ３個電極,如圖2-41所示。電子元器件認知2

IGBT基本特性１)靜態(tài)特性。圖2-42ａ為IGBT的轉移特性。圖2-42ｂ為IGBT的輸出特性,也稱伏安特性。電子元器件認知2

IGBT基本特性２)動態(tài)特性,圖為IGBT開關過程的波形。電子元器件認知3

IGBT的主要參數(shù)除了前面提到的各參數(shù)之外,

IGBT的主要參數(shù)還包括:１)最大集射極間電壓UCES:這是由器件內部的PNP型晶體管所能承受的擊穿電壓確定的。２)最大集電極電流:包括額定直流電流IC和１ｍｓ脈寬最大電流ICP。３)最大集電極功率ICM:在正常工作溫度下允許的最大耗散功率。電子元器件認知4

IGBT的開關作用IGBT作為開關時,若柵極加正電壓,

CE導通?若柵極加負電壓,

CE截止,正、負電壓的幅值需足夠大,以使集電極和發(fā)射極充分導通,避免IGBT有較大的電壓降。如圖所示,

IGBT作為開關控制燈泡:Ｇ接+15V,導通,燈亮.Ｇ接-15V,截止,燈不亮。電子元器件認知5

IGBT的應用IGBT作為開關時,具有高輸入阻抗和低導通壓降的優(yōu)點,常常用于大功率高頻率電路的開關控制,如斬波電路和逆變電路。電子元器件認知6電動汽車中IGBT模塊的失效分析IGBT功率模塊在電動汽車應用時失效的原因通常有:１)過熱燒毀。在一些大電流工作情況下,如果散熱不好,過溫保護不及時,

IGBT模塊有可能因過熱而燒毀。２)過電流燒毀。３)機械振動損壞。電極在安裝過程中需承受一定的應力,在汽車運行過程中也會一直承受機械沖擊和振動,因此,焊接在動態(tài)車身控制系統(tǒng)上的電極很難滿足此應用的要求。４)高、低溫循環(huán)損壞。IGBT功率模塊是一個多層結構,層與層之間基本靠焊接實現(xiàn),不同層的材料不同,很難做到熱膨脹系數(shù)的完美匹配。Task3線束和連接部件認知線束和連接部件認知學習目標：了解線束和連接部件的基礎知識。能力目標：培養(yǎng)學生搜集和整理相關資料的能力。知識準備：汽車線束是汽車電路的網(wǎng)絡主體,連接汽車的電子部件作用重大,不可缺少,沒有汽車線束就沒有汽車電路。汽車用線束把電流導向汽車各部位的電裝部分,將駕駛人的意圖傳達到車體及外部。純電動汽車線束分為低壓線束和高壓線束。線束和連接部件認知問題引導１:汽車上有哪些低壓線束?車身控制模塊(BCM)燈光系統(tǒng)和空調控制系統(tǒng)屬于純電動汽車中的低壓系統(tǒng),線束多為銅質多蕊軟線。軟線是使用多股銅、鋁或者鋼編成的。低壓線束主要部件有導線、接線端子和連接器。1導線在汽車上使用的導線有多種,包括同軸電纜、絕緣線、屏蔽線、帶狀電纜和光纜等。線束和連接部件認知2接線端子接線端子給導線與導線之間或者導線與元器件之間提供導電的連接點,如開關或者繼電器上的連接點。(１)圓圈形接線端子圓圈形接線端子被設計成許多種尺寸來適應不同尺寸的螺柱和導線直徑,在汽車上用于接電源和搭鐵。(２)插扣式接線端子插扣式接線端子上有一個鎖止凸舌。線束和連接部件認知(３)旗形接線端子旗形接線端子連接在與導線平行的方向而不是連接在導線的端部。(４)背負式接線端子背負式接線端子使用在需要將多個導線連接在同一個接點的連接。線束和連接部件認知(５)推入式接線端子推入式接線端子使用在需要比較容易地連接和分離的位置。(６)鎖扣式鏟形接線端子鎖扣式鏟形接線端子使用在電源或者搭鐵端的配電塊上,作為一種快速裝拆的接線端子,來替代使用在電源或者搭鐵端螺柱上的圓圈形接線端子。線束和連接部件認知(７)子彈頭形接線端子子彈頭形接線端子通常使用在空間有限的電路中,或者在外層包纏有帶子或者塑料套的線束中。(８)由工廠更換的接線端子由工廠更換的接線端子有各種形狀和尺寸,可以適應在車輛上的電氣接線中使用的不同的連接器。線束和連接部件認知3插接器插接器可用于隔斷濕氣,防止接線端子被腐蝕。插接器使用在車輛上的各種電路中,用來連接不同的電路和元器件。插接器有多種類型,如圖所示。線束和連接部件認知問題引導２:汽車上有哪些高壓線束?電動汽車的插接器與插接器之間的線纜為高壓線束,是支持整個汽車安全運行的、非常關鍵的線束。整車共分為５段高壓線束,下面將逐一介紹。(１)動力電池高壓電纜連接動力電池到高壓盒之間的線纜,如圖所示。線束和連接部件認知(２)電機控制器電纜連接高壓盒到電機控制器之間的線纜,如圖所示。(３)快充線束連接快充口到高壓盒之間的線束,如圖所示。線束和連接部件認知(４)慢充線束連接慢充口到車載充電機之間的線束,如圖所示。(５)高壓附件線束(高壓線束總成)連接高壓盒到ＤＣ-ＤＣ、車載充電機、空調壓縮機、空調ＰＴＣ之間的線束,如圖所示。線束和連接部件認知(４)慢充線束連接慢充口到車載充電機之間的線束,如圖所示。(５)高壓附件線束(高壓線束總成)連接高壓盒到ＤＣ-ＤＣ、車載充電機、空調壓縮機、空調ＰＴＣ之間的線束,如圖所示。多思考，多實踐！新能源汽車電控技術授課教師:XXX

授課日期:20XXx月x日基本電路本篇重點：Task1交直流電路認知交直流電路認知學習目標：了解什么是交流電路。能力目標：培養(yǎng)學生搜集和整理相關資料的能力。知識準備：整車控制系統(tǒng)由傳感器、微控制器(MCU)和執(zhí)行器構成,其技術含量高,電路復雜。汽車電路與一般家庭用電有明顯不同,燃油汽車電路中全是直流電,在純電動汽車電路中,進控制器前是直流電、進電機前是交流電,

220V的變頻器是先變直流再變交流的。純電動汽車整車控制系統(tǒng)中常見的基本電路包括整流電路、濾波電路、變壓電路、逆變電路、斬波電路等。電路是電流流通的途徑,電能轉化為其他形式的能要通過閉合電路來完成。因此,為了利用電能,必須組成各種形式的電路。交直流電路認知問題引導１:直流電路的特性有哪些?直流電是大小和方向都不隨時間變化的電壓或電流。直流電路中有電流、電壓、電位、電動勢等常見物理量。1電流１)定義。電荷的定向運動稱為電流,如圖所示。２)方向。規(guī)定正電荷移動的方向為電流方向,與電子移動方向相反。３)大小。單位時間內通過導體截面電荷量的多少稱為電流強度。交直流電路認知2電壓１)定義。電路中兩點之間的電位差稱為電壓,用Ｕ或ｕ表示。２)方向。電壓的正方向規(guī)定為:由高電位指向低電位,即從電源的正極指向負極。３)大小。交直流電路認知3電位１)定義。取電路中任一點作為參考點,并規(guī)定為零電位,電路中任一點到參考點之間的電壓,就稱為該點的電位。２)方向。當某點到參考點的電壓為正時,則該點的電位為正。當某點到參考點的電壓為負時,則該點的電位為負。電位用Ｖ或Ｕ來表示。３)大小。在數(shù)值上,電路中某點的電位等于正電荷在該點所具有的能量與電荷所帶電荷量的比。交直流電路認知4電動勢１)定義。電動勢是表示電源把其他形式的能量轉變?yōu)殡娔艿谋绢I大小的物理量。２)方向。習慣上規(guī)定電動勢的方向是低電位點負極指向高電位點正極,即電位升的方向。這正好與電壓的真實方向相反。３)大小。電源的電動勢等于其內部非電場力把單位正電荷從負極經(jīng)內部移動到正極時所做的功。交直流電路認知問題引導２:交流電路的特性有哪些?交流一般指大小和方向隨時間作周期性變化的電壓或電流。它的最基本的形式是正弦電流,如圖所示。我國交流電供電的標準頻率規(guī)定為50Ｈｚ。交流電隨時間變化的形式可以是多種多樣的。不同變化形式的交流電,其應用范圍和產(chǎn)生的效果也是不同的。正弦交流電應用最為廣泛。純電動汽車充電都是選用交流電。在實用中,交流電用符號~表示。正弦交流電可用頻率、峰值和位相3個物理量來描述。交直流電路認知1交流電的頻率和周期頻率是表示交流電隨時間變化快慢的物理量。交流電每秒鐘變化的次數(shù)稱為頻率,用ｆ表示。它的單位為Ｈｚ。交流電正弦電流的表示式Ｉ＝Ｉｍｓｉｎ(ωｔ＋?０

)中的ω稱為角頻率,它是反映交流電隨時間變化快慢的物理量。角頻率和頻率的關系為ω＝２πｆ。交流電隨時間變化的快慢還可以用周期來描述。交流電變化一次所需要的時間稱為周期,用Ｔ表示,周期的單位是ｓ。顯然,周期和頻率互為例數(shù)。交流電隨時間變化越快,其頻率ｆ越高,周期Ｔ越短；反之,頻率ｆ越低,周期Ｔ越長。交直流電路認知2交流電流的峰值和平均值電流ｉ＝Ｉｍｓｉｎ(ωｔ＋α)中的Ｉｍ稱為電流的峰值,ｉ為瞬時值。峰值和相位是按式中Ｉｍ為正值的要求定義的。交流電的有效值通常用Ｕ或Ｉ表示。Ｕ表示等效電壓,Ｉ表示等效電流。一般不作特別說明時,交流電的大小均指有效值。交流電在半周期內,通過電路中導體橫截面的電量Ｑ和一直流電在同樣時間內通過該電路中導體橫截面的電量相等時,這個直流電的數(shù)值就稱為該交流電在半周期內的平均值。交直流電路認知3相位值在交流電ｉ＝Ｉｍｓｉｎ(ωｔ＋α)中的(ωｔ＋α)稱為相位(相位角)。它表征函數(shù)在變化過程中某一時刻達到的狀態(tài)。例如,當ωｔ＋α＝０時達到取零值的階段。α是ｔ＝０時的相位,稱為初相。在實際問題中,更重要的是兩個交流電之間的相位差。兩個交流電壓或電流之間的相位差是它們之間變化步調的反映。Task2整流電路認知整流電路認知學習目標：了解什么是整流電路。能力目標：培養(yǎng)學生搜集和整理相關資料的能力。知識準備：整流電路又稱為ＡＣＤＣ變換電路,是將交流電變換成直流電的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路、濾波器等組成。整流主電路多用硅整流二極管或晶閘管組成?濾波器接在主電路與負載之間,用于濾除脈動直流電壓中的交流成分?變壓器設置與否視具體情況而定,變壓器的作用是實現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離。問題引導１:不可控整流電路有哪些?1單相半波整流電路(１)定義整流電路是利用二極管的單向導電性將交流電轉換成脈動直流電的電路。半波整流電路是電源電路中一種最簡單的整流電路,它的電路結構最為簡單,由整流變壓器、二極管及負載組成,如圖所示。整流電路認知(２)工作原理當ｕ為正半周時,二極管ＶＤ正向導通?當ｕ為負半周時,二極管ＶＤ反向截止。整流波形如圖所示。由于這種電路只在交流的半個周期內才導通,也只有在正半周時才有電流流過負載,故稱為單相半波整流電路。(３)輸出電壓和輸出電流負載電阻上得到的是一個半波整流電壓,整流電壓雖然是單方面的,但其大小是變化的,稱為脈動直流電壓。半波整流電路的輸出電壓不到輸入電壓的一半,交流分量大,效率低,如圖所示。整流電路認知2單相橋式整流電路(１)定義為了克服半波整流電路的缺點,在實用電路中多采用全波整流電路,最常用的全波整流電路是橋式整流電路。它是由４個二極管接成電橋形式的電路,如圖所示。整流電路認知2單相橋式整流電路(２)工作原理當輸入信號為正半周時,ＶＤ２、ＶＤ４導通,ＶＤ１、ＶＤ３截止,負載上有半波輸出。當輸入信號為負半周時,ＶＤ１、ＶＤ３導通,ＶＤ２、ＶＤ４截止,負載上有半波輸出。在輸入信號的一個周期內,負載上得到兩個半波,如圖所示。整流電路認知(３)基本參數(shù)在單相橋式整流電路中,交流電在一個周期內的兩個半波都有同方向的電流流過負載,因此在輸入電壓相同時,該電路輸出的電流和電壓均比半波整流大一倍。整流輸出電壓平均值負載的電流二極管的正向電流二極管承受的反向峰值電壓整流電路認知3三相橋式整流電路廣泛應用的三相橋式整流電路是從三相半波整流電路擴展而來的。三相橋式整流電路是由兩組三相半波整流電路串聯(lián)而成的,一組接成共陰極,另一組接成共陽極,這種整流電路不再需要變壓器中點。三相橋式不可控整流電路如圖所示,ＶＤ１、ＶＤ３、ＶＤ５共陰極三相半波整流,ＶＤ２、ＶＤ４、ＶＤ６共陰極三相半波整流。整流電路認知3三相橋式整流電路三相橋式整流電路工作時,共陰極的３個二極管中,陽極交流電壓最高的二極管優(yōu)先導通,另外兩個二極管因承受反壓處于關斷狀態(tài)。同理,共陽極的３個二極管中,陰極交流電壓最低的二極管優(yōu)先導通,另外兩個二極管因承受反壓處于關斷狀態(tài)。即在電路工作過程中,共陰極組和共陽極組中各有１個二極管處于導通狀態(tài),其工作波形如圖所示。整流電路認知問題引導２:PWM整流電路的類型有哪些?PWM整流電路由全控性功率開關器件構成,采用脈沖寬度調制(PulseWidthModulatiom,

PWM)控制方式。1單相電壓型PWM整流電路單相電壓型PWM整流電路最初應用于電力機車交流傳動系統(tǒng)中,為牽引變流器提供直流電源。單相電壓型PWM整流電路如圖所示,每個橋臂由一個控器件和反并聯(lián)的整流二極管組成。整流電路認知2三相電壓型PWM整流電路三相電壓型PWM整流電路如圖所示。這是最基本的PWM整流電路,應用最廣泛。三相電壓型PWM整流電路具有更快的響應速度和更好的輸入電流波形,穩(wěn)態(tài)工作時,輸出電流、電壓不變,開關器件按正弦規(guī)律脈寬調制,整流器交流側的輸出電壓與逆變器相同。整流電路認知3三相電流型PWM整流電路三相電流型ＰＷＭ整流電路如圖所示。電流型整流電路的優(yōu)點如下:１)由于輸出電感的作用,短路時電流的上升速度受到限制。２)開關器件直接對直流電流進行脈寬調制,所以輸入電流控制簡單,控制速度快。電流型整流電路的缺點如下:１)直流側電感的體積、質量和功耗較大。２)常用的全控器件都是雙向導通的,使主電路通態(tài)損耗較大。整流電路認知問題引導３:整流電路的應用有哪些?車載充電機是整流電路在新能源汽車上的典型應用,其功能是將電網(wǎng)單相交流電變換為直流電給動力蓄電池充電。為了提高電路的功率因數(shù),減小設備體積,達到比較理想的輸出效果,一般是整流電路和其他結構的電路形式相結合,完成電能變換。車載充電機電路結構如圖所示。整流電路認知Task3濾波電路認知濾波電路認知學習目標：了解什么是濾波電路。能力目標：培養(yǎng)學生搜集和整理相關資料的能力。知識準備：為了減小整流后的電壓脈動,常采用濾波電路把交流分量濾除,使負載兩端得到脈動較小的直流電。濾波是將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同,實現(xiàn)濾波。電容器Ｃ對直流開路,對交流阻抗小,所以Ｃ應該并聯(lián)在負載兩端。電感器Ｌ對直流阻抗小,對交流阻抗大,因此Ｌ應與負載串聯(lián)。經(jīng)過濾波電路后,既可保留直流分量,又可濾掉一部分交流分量,改變了交、直流成分的比例,減小了電路的脈動系數(shù),改善了直流電壓的質量。濾波電路認知問題引導１:電容濾波電路的結構組成有哪些?1電路組成電容濾波通常是在負載兩端并聯(lián)大容量電容器,如圖所示。2濾波原理若ｕ２處于正半周,二極管ＶＤ１、ＶＤ３導通,變壓器二次電壓ｕ２給電容器Ｃ充電。此時Ｃ相當于并聯(lián)在ｕ２上,所以輸出波形同ｕ２,是正弦波。濾波電路認知2濾波原理電容濾波電路波形如圖所示。需要指出的是,當放電時間常數(shù)RLC增加時,ｔ１點要右移,ｔ２點要左移,二極管關斷時間加長,導通角θ減小。反之,

RLC減少時,導通角θ增大。顯然,當RL很小(即IL很大)時,電容濾波的效果不好,如圖中的曲線２。濾波電路認知3負載上的直流電壓和電流負載上的電壓、電流可以按下式估算:4濾波電容的選擇１)濾波電容的輸出電壓。單相橋式整流濾波電路輸出電壓約為1.2Ｕ２。２)濾波電容的選用耐壓值不小于。電容的容量應用滿足RLC≥(３~５)Ｔ。３)濾波電容若采用電解電容,正、負極性不允許接反,否則電容的漏電電流會增大,引起溫度上升使電容爆裂。5應用１)在電容濾波電路中,Ｃ的容量或負載ＲＬ的阻值越大,放電越慢,輸出的直流電壓就越大,濾波效果越好。２)在采用大容量的濾波電容時,接通電源的瞬間充電電流特別大,因此電容濾波不適用于負載電流較大的場合。濾波電路認知問題引導２:電感濾波電路的結構組成有哪些?利用儲能元件電感器Ｌ的電流不能突變的性質,把電感Ｌ與整流電路的負載ＲＬ串聯(lián),也可以起到濾波的作用。橋式整流電感濾波電路如圖所示。電感濾波電路波形如圖所示。電感濾波電路中Ｌ越大,濾波效果越好。適用于負載電流較大的場合。濾波電路認知問題引導３:多級濾波電路有哪些?1

L型復式濾波電路ＬＣ型濾波電路指由電感Ｌ和電容Ｃ組成的Ｌ型濾波電路。整流后輸出的脈動直流經(jīng)過Ｌ和Ｃ兩次濾波,負載上可獲得更加平滑的直流電壓。在負載電流不大的情況下,為減小體積、減輕重量、降低成本,常用適當?shù)碾娮璐骐姼?組成如圖所示的Ｌ型濾波電路。濾波電路認知2

LC-π型濾波電路由電容Ｃ１、Ｃ２和電感Ｌ組成的復式濾波電路,簡稱ＬＣ-

π型濾波電路,如圖所示。由于有３個元件進行３次濾波,所以濾波效果更好。但電感的體積較大,成本較高。3

RC-π型濾波電路當負載電流不大時,可用電阻代替ＬＣ-

π型濾波電路中的電感,構成ＲＣ-

π型濾波電路,如圖所示。ＲＣ-

π型濾波電路的成本低、體積小、濾波效果較好。Task4變壓電路認知變壓電路認知學習目標：了解什么是變壓電路。能力目標：培養(yǎng)學生搜集和整理相關資料的能力。知識準備：變壓電路是把一種形式的交流(ＡＣ)電能轉變成另一種形式交流(ＡＣ)電能的電力電子裝置,又稱為ＡＣ-ＡＣ變換電路?？梢圆捎米儔浩鬟M行變壓,也可以采用晶閘管等電力半導體器件構成的變換電路進行變壓。用晶閘管進行交流變壓的電路可分為兩大類:一類是頻率不變僅改變電壓大小的電路,稱為恒頻變壓電路?另一類是直接將一個較高頻率交流電變?yōu)檩^低頻率交流電的相控方式降頻降壓變換電路,稱為變壓變頻電路。變壓電路認知問題引導１:變壓器的結構組成有哪些?變壓器是由閉合鐵心和繞在鐵心上的兩個繞組組成的,如圖所示。一個繞組與電源連接,稱為一次繞組；另一個與負載連接,稱為二次繞組。兩個繞組都是用絕緣導線繞制成的,鐵心由涂有絕緣漆的硅鋼片疊合而成。變壓電路認知1變壓器的工作原理在一次繞組中,感應電動勢Ｅ１起到阻礙電流變化的作用,跟加在一次繞組兩端的電壓Ｕ１的作用相反,一次繞組的電阻很小,如果忽略不計,則有Ｕ１＝Ｅ１。二次繞組相當于一個電源,感應電動勢Ｅ２相當于電源的電動勢。變壓器的工作原理如圖所示。變壓電路認知2變壓器的類型(１)自耦變壓器這種變壓器的特點是鐵心上只繞有一個線圈,如果把整個線圈作為一次繞組,二次繞組只取線圈的一部分,就可以降低電壓。如果把線圈的一部分作為一次繞組,整個線圈作二次繞組,就可以升高電壓,如圖所示。(２)調壓變壓器調壓變壓器是自耦變壓器的一種,這種變壓器的線圈ＡＢ繞在一個圓環(huán)形的鐵心上,ＡＢ之間加上輸入電壓Ｕ１,移動滑動觸頭Ｐ的位置就可以調節(jié)輸出電壓Ｕ２,如圖所示。變壓電路認知2變壓器的類型(３)電壓互感器電壓互感器用來把高電壓變成低電壓,它的一次繞組并聯(lián)在高壓電路中,二次繞組接交流電壓表。為了工作安全,電壓互感器的鐵殼和二次繞組應該接地,如圖所示。(４)電流互感器電流互感器用來把大電流變成小電流,它的一次繞組串聯(lián)在被測電路中,二次繞組接交流電流表。如果被測電路是高壓電路,為了工作安全,同樣要把電流互感器的外殼和二次繞組接地,如圖所示。變壓電路認知問題引導２:交流調壓電路有哪些?恒頻變壓交流變換電路通常稱為交流調壓電路,指由晶閘管等電力半導體器件構成的,把一種交流電變成另一種同頻率、不同電壓的交流電變換裝置。按所變換的相數(shù)不同,交流調壓電路可分為單相交流調壓電路和三相交流調壓電路。交流調壓器的控制方式有３種:①整周波通斷控制；②相位控制；③斬波控制。交流調壓３種控制方式的輸出電壓波形如圖所示。相位控制交流調壓又稱為相控調壓,是交流調壓中的基本控制方式,應用最廣泛。變壓電路認知問題引導３:交流交流變頻電路的結構組成有哪些?交流交流變頻電路直接將電網(wǎng)固定頻率的交流電變換為所需頻率的交流電,這種交流裝置稱為交流交流變頻器,也稱周波變換器。1單相交流-交流變頻電路(１)電路結構和工作原理單相輸出交流交流變頻電路組成如圖所示,它由具有相同特征的兩組晶閘管整流電路反向并聯(lián)構成。變壓電路認知1單相交流-交流變頻電路(２)變頻電路的工作過程交流交流變頻電路的負載可以是阻感負載、電阻負載或阻容負載,也可以是交流電動機負載。將阻感負載的交流交流變頻電路理想化,忽略交流電路換相時的脈動分量,就可把變頻電路等效成圖ａ所示的正弦波交流電源和二極管的串聯(lián)電路。輸出電壓和輸出電流波形如圖ｂ所示。由此可知,整流電路工作是由輸出電流的方向決定的,而與輸出電壓的極性無關。變頻電路是工作于整流狀態(tài)還是逆變狀態(tài),是由輸出電壓方向和輸出電流方向是否相同確定的。變壓電路認知對于阻感負載,輸出電壓超前電流?？紤]無環(huán)流工作方式下輸出電流過零的死區(qū)時間,可以將圖所示的變頻電路中一個周期輸出的波形分為６個階段。１)第一階段,輸出電壓過零為正,由于電流滯后,輸出電流小于０,整流器的輸出電流具有單向性,負載負電流必須由反組整流器輸出,則反組整流器工作,正組整流器被封鎖。由于電壓為正,故反組整流器必須工作在有源逆變狀態(tài)。２)第二階段,電流過零,為無環(huán)流死區(qū)。變壓電路認知３)第三階段,