電動汽車結(jié)構(gòu)與原理 第5章_電動汽車電氣系統(tǒng)

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1、第5章電動汽車電氣系統(tǒng),5.1電氣系統(tǒng)概述5.2電動汽車空調(diào)系統(tǒng)5.3功率變換器5.4電動汽車高壓安全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電動汽車電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理,圖5-2典型的電動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)和娛樂系統(tǒng)等。 （3）燃油汽車的輔助蓄電池與發(fā)動機(jī)相連由發(fā)電機(jī)來充電，而電動汽車的輔助蓄電池則由動力電池通過DC/DC變換器來充電。,圖5-3常見低壓電氣原理,（2）圖5-4所示

2、，動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)。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（通過驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動車輛）、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)）、制動控制系統(tǒng)控制器（控制和驅(qū)動氣泵提供制動能量）及冷暖一體化空調(diào)，最后經(jīng)過分流器FL流回負(fù)極，分流器的作用是檢測高壓線路中的電流值。,2、高壓電氣系統(tǒng),（1）組成：動力電池、驅(qū)動電機(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電動汽車空調(diào)系統(tǒng),5.2.1

3、電動汽車空調(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)可以采用電動機(jī)直接驅(qū)動。,克萊森新型貨車電動空調(diào),工程車電動空調(diào), 電驅(qū)動壓縮機(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)時制冷劑的泄漏損失，從而減少了對環(huán)境的污染。 電動空調(diào)的壓縮機(jī)靠電機(jī)驅(qū)動，因此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，從而提高整車的經(jīng)濟(jì)性。,3、

4、電動空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)（與傳統(tǒng)相比）：, 采用電驅(qū)動，噪聲較低、可靠性高、使用壽命長、故障率低。 對于一體式電動壓縮機(jī)，取消了發(fā)動機(jī)與壓縮機(jī)之間的傳動帶，沒有了張緊件的質(zhì)量，相對于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)減小了整車質(zhì)量。 可以在上車之前預(yù)先遙控起動電動空調(diào)，對車廂內(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，這對于電動客車而言，動力機(jī)構(gòu)不再布置在發(fā)動機(jī)艙內(nèi)，整個系統(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。, 電動空調(diào)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速的電動一體化壓縮機(jī)取代了傳統(tǒng)的機(jī)械傳動方式的壓縮機(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，沒有開放式活塞壓縮機(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,互錯開180度的渦旋葉片圈組合一對嚙合，動圈2以回旋

6、半徑的圓作回轉(zhuǎn)運(yùn)動 動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,電動壓縮機(jī)，安裝不受發(fā)動機(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單。 整個系統(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),隨著電動壓縮機(jī)技術(shù)的成熟，一種基于電動壓縮機(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)的啟動和運(yùn)行，采用脈寬調(diào)制方式，變頻變壓，主電路專門針對電車電網(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)的柔性快速啟動和變速運(yùn)行。,(6)智能化模糊控制,隨著人們對客車空調(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。 具備軟起動特性，使機(jī)組可以正常起動。 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 由傳動帶驅(qū)動的直流無刷電動機(jī)的電動汽車熱泵式空調(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)，而是通過一個巧妙的四通閥實(shí)現(xiàn)了制冷和制熱的切換。,四通閥這個東

10、西很巧妙，讓壓縮機(jī)的運(yùn)行方向沒有改變的情況下，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)動機(jī)這個熱源，空調(diào)系統(tǒng)里是沒有設(shè)計(jì)四通閥的，也就是只能制冷，而不能制熱。 【電動車遇到的尷尬？】 電動車上的空調(diào)，在夏季還比較好解決，只需要將壓縮機(jī)變成電動驅(qū)動即可。而到了冬季，就會遇到麻煩，因?yàn)殡妱榆嚊]有發(fā)動機(jī)這個熱源，所以很多廠家選擇了一種最簡單的取熱方式，就是“電熱”，就是利用電阻的熱效應(yīng)產(chǎn)生熱量。這樣的好處就是簡單，但是帶來的一個問題就是費(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，這個資料

11、難查：,北汽E電動版：從使用制熱會影響續(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：冬天開暖風(fēng)會縮短續(xù)航里程,比亞迪秦：不清楚,沃藍(lán)達(dá)：電阻制熱，會影響續(xù)航里程,特斯拉 ModelS：電阻制熱，使用的是PTC制熱,趨勢：在電動車上，使用熱泵來實(shí)現(xiàn)制冷和制熱，一定是必然趨勢，否則電阻制熱的方式，對能源的消耗太大，會影響續(xù)航里程，也不符合電動車環(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)動電機(jī)、電機(jī)控制器等)工作時產(chǎn)生的熱量，對車內(nèi)環(huán)境進(jìn)行熱交換。當(dāng)熱量不足時，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,電動汽車采用,形式：降壓、升壓、雙向,DC/DC：將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，也稱直流斬波器。,用于無軌電車、地鐵列車、電動汽車的無級變速和控制。,DC/DC作用：調(diào)壓（開關(guān)電源）、抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲。,DC/DC變換原理：將原直流電通過調(diào)整其占空比（PWM）來控制輸出的有效電壓大小。,DC/DC變換器分類：硬開關(guān)和軟開關(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)燃料電池和動力電池之間的特性匹配。 驅(qū)動輔助系統(tǒng)中的直流電動機(jī)。在小功率(一般低于5kW)直流電動機(jī)驅(qū)動的轉(zhuǎn)向、制動等輔助系統(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。在電動汽車中，需要高壓電源通過降壓變換器給輔助電池充電。,對功率變換器的要求：, 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)開關(guān)變換器，其電路原理如圖5-14所示，由開關(guān)管、二極管、儲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)電動汽車燃料電池電源系統(tǒng),圖5-19電動汽車燃料電池電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,圖5-19為電動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)生意外短路時斷開電池組之間的連接。 將一個含有多個動力電池包、兩個高壓直

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，同時相互之間的電磁干擾也得到了較好的屏蔽。,5.4電動汽車高壓安全, 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)生高壓故障時可及時切斷高壓回路。 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。, 高壓電安全監(jiān)控系統(tǒng)通過控制高壓接觸器通斷，可以確保電動汽車高壓回路的安全性，且在系統(tǒng)斷電后，兩個高壓接觸器能夠完全斷開。 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)置手動切斷高壓回路裝置，用于維修或者緊急情況下手動切斷高壓回路。,5.4.2安全要求及檢測參數(shù), 人體的安全電壓低于36V，觸電電流和持續(xù)時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, 對于高于60V的高壓系統(tǒng)的上電過程至少需要100ms，在上電過程中應(yīng)該采用預(yù)充電過程來避免高壓沖擊。 在任何情況下繼電器斷開時間為20ms，當(dāng)高壓系統(tǒng)斷開后1s，汽車的任何導(dǎo)電部分應(yīng)該和可觸及的部分對地電壓的峰值應(yīng)當(dāng)小于42.4V(交流)或60V(直流)，儲存的能量應(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)：動力電池絕緣電阻、高壓總線等效電容。 非電測量參數(shù)：環(huán)境溫度、濕度。 數(shù)字量測控參數(shù)：主要是開關(guān)量的輸入和輸出。,2、檢測參數(shù),(1)漏電保護(hù)器,電動汽車采用漏電保護(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。但會有工作人員疏忽和非工作人員的強(qiáng)行拆開情況，為防止電擊傷在逆變器盒蓋上設(shè)計(jì)有高壓互鎖開關(guān)，只要逆變器盒體打開，開關(guān)動作，控

20、制器收到信號斷開系統(tǒng)的主繼電器，可以避免意外電擊出現(xiàn)。,(3)絕緣電阻檢測,較高的供電電壓對整車的電氣安全就提出了更高的要求，尤其是對高壓系統(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汽車電氣安全好壞的重要參數(shù)，相關(guān)電動汽車安全標(biāo)準(zhǔn)均作了明確規(guī)定，目的是消除高壓電對車輛和駕乘人員人身的潛在威脅，保證純電動汽車電氣系統(tǒng)的安全。,(1)電氣絕緣監(jiān)測的一般方法, 輔助電源法。在我國某些電力機(jī)車采用的漏電檢測器中，使用一個直流110V的檢測用輔助蓄電池，蓄電池正極與待測高壓直流電源的負(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

21、電源線纜絕緣層老化或者環(huán)境潮濕等情況下，蓄電池通過電源線纜絕緣層形成閉合回路、產(chǎn)生漏電流，檢測器根據(jù)漏電流的大小進(jìn)行報(bào)警，并關(guān)斷待測系統(tǒng)電源。,5.4.4高壓絕緣監(jiān)測, 電流傳感法。將待測系統(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，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，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)生漏電流的來源是來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電源必須處于工作狀態(tài)。,(2)電動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)極引線電纜對底盤的絕緣電阻，來反映電氣系統(tǒng)的絕緣性能。,(3)絕緣電阻檢測原理,為了監(jiān)測上述絕緣電阻，直接將車載高壓電源作為監(jiān)測電源。電源正極、負(fù)極和車輛底盤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)度測試、電磁騷擾強(qiáng)度測試，滿足國家最新標(biāo)準(zhǔn)要求的靜電放電抗干擾度、射頻電磁場輻射抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、工頻磁場抗擾度、浪涌抗擾度、射頻場感應(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,國家標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容術(shù)語定義：設(shè)備或系統(tǒng)在電磁環(huán)境中能正常工作，且不對該環(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,表5-1國際主要汽車電磁兼容標(biāo)準(zhǔn),表5-2國內(nèi)汽車電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn),5.5.2電動汽車電磁環(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)動系統(tǒng)、動力電池、功率變換器、繼電器、電動輔助系統(tǒng)、開關(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，并且對汽車的干擾影響可以忽略。 但是，閃電和靜電放電可能會產(chǎn)生很大的瞬變場強(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)、無線電臺發(fā)射機(jī)、移動通訊設(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；減小門電路驅(qū)動線對地分布電容和驅(qū)動門輸入電容；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、信號種類和電源電壓；將地線分類、劃組；畫出系統(tǒng)布局；畫出系統(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，信號地都接到信號總地線上，兩根總地線最后匯總到一個公共入地點(diǎn)搭車體連接；信號源接地時，屏蔽層在信號側(cè)接地；多個信號屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應(yīng)相互連接好，360度搭接；采用信號隔離變壓器、平衡變壓器、光耦合器和差動放大器實(shí)現(xiàn)對地環(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)行靜電屏蔽和電場屏蔽；采用高磁導(dǎo)率材料進(jìn)行低頻磁場屏蔽；采用高導(dǎo)電率材料進(jìn)行高頻磁場屏蔽；采用高導(dǎo)電率材料加接地進(jìn)行遠(yuǎn)場電磁屏蔽。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)線或電纜穿過屏蔽體時，采用饋通濾波器；一組導(dǎo)線或電纜穿過屏蔽體時，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；采用長而細(xì)的鐵氧體元件抑制效果好。,(1)屏蔽,屏蔽是在兩個區(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，主動屏蔽；其二，被動屏蔽。,5.5.4抑制電磁干擾的技術(shù)措施,屏蔽的設(shè)計(jì)原則：高頻電場屏蔽應(yīng)用銅、鋁和鎂等良導(dǎo)電材料；低頻磁場屏蔽應(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，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)信號與干擾信號之間的頻率差別，可以采用不同性能的濾波器，抑制干擾信號，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、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。對較長的線束，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。通過選擇元件及抗擾篩選，以得到高抗干擾門限值的元件，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電磁場輻射強(qiáng)度檢測實(shí)例, 在某所電磁兼容試驗(yàn)室，對某電動客車進(jìn)行檢驗(yàn)，表5-3為試驗(yàn)條件。檢測和判定方法依據(jù)GB/T 183872001電動車輛電磁場輻射強(qiáng)度的限值和測量方法寬帶9kHz30MHz。 電磁場輻射強(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,