电动汽车电气系统概述
电气系统概述
电动汽车的电气系统分为低压电气系统和高压电气系统两大类。
低压电气系统
- 组成：主要由DC/DC功率变换器、辅助蓄电池和若干低压电器设备构成。
- 低压电器设备：包括灯光系统、仪表系统和娱乐系统等。
- 充电方式：由动力电池通过DC/DC变换器为辅助蓄电池充电，区别于燃油汽车的发电机充电方式。
高压电气系统
- 组成：主要包括动力电池、驱动电机和功率变换器等大功率、高电压设备。
- 工作流程：动力电池能量经高压开关DK1（受低压控制）后，通过线路2进行充电，或经线路3与主电机控制器、直流电源变换器、转向系统控制器、制动控制系统控制器及冷暖一体化空调等设备，最后经分流器FL流回负极，分流器用于检测高压线路电流。
功率变换器
- 分类：直流/直流（DC/DC）变换和直流/交流（DC/AC）变换。
- 形式：降压、升压、双向。
- DC/DC变换器：
- 功能：调压、抑制电网侧谐波电流噪声。
- 原理：通过调整占空比（PWM）控制输出电压。
- 分类：硬开关和软开关。
- 应用：实现不同电源特性匹配、驱动辅助系统直流电动机、为低压辅助蓄电池充电等。
- 要求：变换功率大、响应快捷、工作稳定、控制方便准确、具有能量回馈功能（双向设计）。
- 类型：
- 降压功率变换器：包括直流斩波（Buck）式和单端正激式。
- 升压功率变换器：包括Boost型升压和全桥逆变式升压。
- 双向功率变换器：采用Buck-Boost复合电路结构，用于DC-UPS和燃料电池电源系统。
电动汽车高压安全
- 高压系统布置要求：
- 电池分组串联，每组电压小于96V，并配熔断器。
- 高压部件集成在绝缘封闭壳体内，隔绝带电部件并屏蔽电磁干扰。
- 高压电安全监控系统安装于绝缘封闭壳体内，靠近电池包，包含预充电电路。
- 通过高压接触器控制通断，确保安全性，断电后接触器完全断开。
- 布置高压环路互锁电路，设置手动切断装置。
- 安全要求及检测参数：
- 安全要求：人体安全电压低于36V，触电电流和持续时间乘积小于30mA·s；绝缘电阻大于100Ω/V（最好大于500Ω/V）；上电过程至少100ms，采用预充电避免冲击；继电器断开时间20ms，断电后导电部分对地电压峰值小于42.4V（交流）或60V（直流），储存能量小于20J。
- 检测参数：高压电气参数（电压、电流、剩余电量）、高压电路参数（绝缘电阻、等效电容）、非电测量参数（温度、湿度）、数字量测控参数（开关量输入输出）。
- 高压安全防护措施：
- 漏电保护器：防止电机壳体漏电造成电击。
- 高压互锁：逆变器盒盖打开时断开主继电器，避免电击。
- 绝缘电阻检测：确保高压系统绝缘性能，消除潜在威胁。
- 高压绝缘监测：
- 监测方法：辅助电源法和电流传感法。
- 绝缘性能描述：通过正负极引线电缆对底盘的绝缘电阻反映系统绝缘性能。
- 检测原理：利用车载高压电源建立桥式阻抗网络监测绝缘电阻。
电气系统的电磁兼容性
- 定义：设备或系统在电磁环境中正常工作且不对环境造成不可承受的电磁骚扰。
- 电磁兼容实验室（EMC）：进行抗电磁干扰强度和电磁骚扰强度测试，满足国家最新标准要求。
- 电磁环境分析：
- 车载干扰源：驱动系统、电池、功率变换器等电子设备，以共模高频干扰为主。
- 自然干扰源：大气噪声、太阳噪声、宇宙噪声等，闪电和静电放电干扰较大。
- 人为干扰源：其他车辆辐射干扰、雷达、无线电台等电磁波干扰，高压输电线电晕放电。
- 电磁兼容性设计方法：
- 有源器件选型和印制板设计：优选多层板，减小引线电感，安装去耦电容等。
- 接地设计：低频单点接地，高频多点接地，信号地与电源地分离，采用隔离措施。
- 屏蔽设计：采用高导电率材料进行静电屏蔽和电场屏蔽，高磁导率材料进行磁场屏蔽。
- 滤波设计和瞬态骚扰抑制：使用低通滤波器、铁氧体元件等。
- 抑制电磁干扰的技术措施：
- 屏蔽：主动屏蔽和被动屏蔽，高频用良导电材料，低频用磁性材料。
- 滤波：抑制传导干扰，根据频率选择不同滤波器。
- 接地：合理规划线束，缩短接地线长度，关键元件加屏蔽，使用铁氧体磁环等。
