《电动汽车电路原理》课件

《电动汽车电路原理》课PPT件本课件旨在系统地介绍电动汽车电路的原理、设计、应用以及发展趋势PPT课程内容涵盖电动汽车电路的基础知识、关键技术和实际应用，旨在帮助学习者全面深入地理解电动汽车电路，为从事相关领域的工作打下坚实的基础通过本课程的学习，您将掌握电动汽车电池、电机、电源、充电、安全等关键电路的设计原理和控制方法，了解电动汽车辅助系统、动力总成控制单元、网络通信以及能量管理等方面的知识同时，还将学习电动汽车电路的仿真、故障诊断、维护与保养等实用技术课程简介电动汽车发展趋势政策驱动技术创新市场需求全球各国政府纷纷出台政策，鼓励电动电池技术的不断突破，如能量密度提升、消费者对环保、节能以及智能出行的需汽车的研发、生产和消费例如，购车充电时间缩短以及安全性提高，为电动求日益增长，推动了电动汽车市场的蓬补贴、税收优惠、免费停车以及通行等汽车的续航里程和使用便利性提供了有勃发展越来越多的消费者选择电动汽措施，极大地促进了电动汽车市场的快力保障同时，电机、电控等核心技术车作为日常出行的工具，享受其带来的速增长的进步也显著提升了电动汽车的性能经济性和环保效益电动汽车电路基础基本概念电路组成12电动汽车电路与传统汽车电路电动汽车电路主要包括电源电的区别在于，它主要由高压电路、驱动电路、充电电路、安路和低压电路两部分组成高全电路以及辅助电路等这些压电路负责驱动电机和能量转电路协同工作，保证电动汽车换，低压电路则负责控制和辅的正常运行助功能电路特性3电动汽车电路具有高电压、大电流的特点，因此对电路的设计、材料以及保护提出了更高的要求同时，电磁兼容性也是电动汽车电路设计中需要重点考虑的问题电池基础知识类型与特性锂离子电池镍金属氢化物电池固态电池能量密度高，循环寿命安全性好，成本较低，能量密度高，安全性好，长，但成本相对较高，但能量密度相对较低循环寿命长，被认为是安全性需要特别关注主要应用于混合动力汽下一代电池技术的重要广泛应用于乘用车领域车发展方向电池管理系统（）概述BMS电压监测实时监测电池组中每个单体电池的电压，防止过充和过放温度监测实时监测电池组的温度，防止电池过热或过冷电流监测实时监测电池组的电流，防止过流估算SOC估算电池的剩余电量，为驾驶员提供参考估算SOH评估电池的健康状态，为电池的维护和更换提供依据电池充放电原理放电2电池将化学能转化为电能对外输出充电1外部电源将电能转化为化学能储存在电池中控制控制充放电过程，确保电池安全高BMS3效运行电池与估算SOC SOH估算方法估算方法SOC SOH电流积分法、电压法、卡尔曼滤波法等不同的估算方法各有优容量衰减法、内阻增加法、电化学阻抗谱法等估算的准SOH缺点，需要根据实际应用场景选择合适的估算方法确性对电池的寿命预测和维护至关重要电池热管理技术液冷1冷却效果好，但结构复杂，成本较高风冷2结构简单，成本较低，但冷却效果相对较差直冷3制冷剂直接与电池接触，冷却效果好，但安全性需要特别关注电池热管理技术旨在将电池温度控制在合适的范围内，提高电池的性能和寿命不同的热管理技术各有优缺点，需要根据实际应用场景选择合适的技术电机驱动系统概述电机1将电能转化为机械能，驱动车辆行驶电机控制器2控制电机的转速和转矩，实现车辆的加速、减速以及制动等功能减速器3将电机的高转速降低到适合车轮的转速常用电机类型永磁同步电机优点缺点效率高、功率密度大、控制精度成本较高、对稀土材料依赖性强高应用广泛应用于高性能电动汽车交流异步电机优点缺点应用结构简单、成本低廉、可靠性高效率较低、功率密度较小、控制精度相主要应用于低速电动汽车或工业车辆对较低开关磁阻电机优点缺点12结构简单、成本低廉、耐高温噪声大、振动大、转矩波动大应用3主要应用于电动自行车或工业车辆电机控制原理矢量控制控制目标控制方法优点实现对电机转矩和磁链通过坐标变换，将交流控制精度高、动态响应的独立控制电机等效为直流电机进快行控制直接转矩控制控制目标直接控制电机的转矩和磁链控制方法通过电压空间矢量选择，直接改变电机的转矩和磁链优点控制简单、动态响应快缺点转矩波动较大电机效率优化策略优化控制2采用先进的控制算法，提高电机的运行效率降低损耗1降低电机绕组的铜耗和铁耗能量回收将制动能量回收到电池中，提高能量利3用率电机冷却技术风冷液冷油冷结构简单、成本低廉，但冷却效果有限冷却效果好，但结构复杂，成本较高冷却效果好，且具有润滑作用，但存在漏油风险电动汽车电源系统架构高压电池1为电机驱动系统提供能量变换器DC/DC2将高压电池的电压转换为低压，为辅助系统供电变换器AC/DC3将交流电转换为直流电，为电池充电低压电池4为启动、照明等提供能量直流直流变换器（）/DC/DC原理基本原理1利用开关器件和储能元件，实现直流电压的变换主要类型2升压变换器、降压变换器、升降压变换器等应用3电动汽车中用于为辅助系统供电升压变换器作用应用将低压直流电转换为高压直流电用于将低压电池的电压提升到高压，为电机驱动系统供电原理通过电感储能，实现电压的提升降压变换器作用应用原理将高压直流电转换为低压直流电用于将高压电池的电压降低到低压，为通过开关器件的通断，实现电压的降低辅助系统供电双向变换器DC/DC作用应用12实现直流电的双向变换用于能量回收系统，实现能量的双向流动原理3通过控制开关器件的通断，实现能量的双向流动交流直流变换器（）/AC/DC原理基本原理滤波稳压将交流电转换为直流电滤除直流电中的交流成保持直流电压的稳定分功率因数校正（）技术PFC作用提高电网的功率因数，减少谐波污染原理通过控制交流直流变换器的输入电流波形，使其与电压波形/同相位常用拓扑升压型、降压型等PFC PFC电动汽车充电系统充电接口2连接充电桩和电动汽车充电桩1提供充电接口和电能车载充电机将交流电转换为直流电，为电池充电3充电模式与标准充电模式充电标准兼容性交流慢充、交流快充、直流快充国标、美标、不同的充电模式和标准之间可能存在兼GB/T20234SAE J1772欧标容性问题，需要注意IEC62196慢充与快充技术慢充快充充电策略123充电时间长，但对电池的损伤较小充电时间短，但可能对电池的寿命根据电池的状态和充电需求，选择产生影响合适的充电策略无线充电技术原理谐振优点利用电磁感应原理，实提高能量传输效率方便快捷，无需插拔充现电能的无线传输电枪电动汽车安全电路设计高压互锁绝缘监测碰撞断电防止高压系统在维护时发生触电事故实时监测高压系统的绝缘状态，防止漏在发生碰撞时，自动切断高压电源，防电事故止二次事故高压互锁系统控制器2判断高压连接器是否连接可靠传感器1监测高压连接器的状态执行器断开或闭合高压回路3绝缘监测系统原理报警保护通过检测高压系统与车身之间的绝缘电当绝缘电阻低于设定值时，发出报警信在严重漏电情况下，自动切断高压电源阻，判断是否存在漏电风险号碰撞断电保护碰撞传感器控制器高压继电器123检测车辆是否发生碰撞在发生碰撞时，发出断电指令断开高压回路电磁兼容（）设计EMC屏蔽滤波接地防止电磁干扰的辐射和传导滤除电路中的电磁干扰提供良好的接地路径，减少电磁干扰电动汽车辅助系统电路空调系统为车内提供舒适的温度转向系统控制车辆的行驶方向制动系统控制车辆的减速和停止照明系统提供照明，保证行车安全空调系统电路压缩机冷凝器1压缩制冷剂散热2蒸发器膨胀阀43吸热降压转向系统电路电动助力转向传感器控制器通过电机提供转向助力检测转向角度和力矩控制电机的输出，实现转向助力制动系统电路液压制动再生制动12通过液压系统传递制动力将制动能量回收到电池中3ABS防止车轮抱死，提高制动安全性照明系统电路前照灯尾灯转向灯提供前方照明指示车辆位置和行驶状指示车辆转向方向态动力总成控制单元（）VCU核心部件是电动汽车动力总成的核心控制部件VCU协调控制负责协调控制电机、电池以及其他部件功能实现实现车辆的加速、减速、能量回收以及故障诊断等功能功能与架构VCU处理2根据控制算法，计算输出指令输入1接收传感器信号和驾驶员指令输出控制电机、电池以及其他部件3传感器与执行器接口传感器执行器接口将物理量转换为电信号将电信号转换为机械动作实现传感器和执行器与的连接VCU控制算法开发模型建立算法设计仿真验证123建立电动汽车动力总成的数学模型设计控制算法，实现车辆的控制目通过仿真验证控制算法的性能标故障诊断与保护故障检测故障诊断故障保护实时监测电动汽车的运行状态，检测故障分析故障原因，确定故障类型采取保护措施，防止故障扩大电动汽车网络通信总线CAN，控制器局域网Controller AreaNetwork总线LIN，局部互联网络Local InterconnectNetwork以太网，一种计算机局域网技术Ethernet总线技术CAN消息2在总线上传输的数据CAN节点1连接到总线的设备CAN协议总线的通信规则3CAN总线技术LIN主节点从节点成本效益控制总线的通信接收主节点的指令，并执行相应的操作总线是一种低成本的通信技术LIN LIN以太网通信高速率复杂应用车载网络123以太网提供高速率的数据传输适用于需要传输大量数据的应用，正在成为电动汽车车载网络的重要如自动驾驶发展方向电动汽车能量管理目标策略回收提高能量利用率，延长续航里程优化能量分配，降低能量损耗利用能量回收系统，将制动能量回收到电池中能量回收系统制动能量回收将制动过程中产生的能量回收到电池中能量分配根据车辆的运行状态，合理分配能量节能控制采用节能控制策略，降低能量消耗制动能量回收回收2将电机产生的电能回收到电池中减速1车辆减速时，电机作为发电机运行控制控制电机的工作模式，实现能量回收3能量分配策略行驶模式驾驶习惯路况信息根据不同的行驶模式，调整能量分配策根据驾驶员的驾驶习惯，优化能量分配根据路况信息，预测能量需求，进行能略量分配电动汽车电路仿真模型验证性能评估12验证电路设计的正确性评估电路的性能指标优化设计3优化电路设计参数仿真MATLAB/Simulink广泛应用建模仿真是常用的仿真软件可以建立电动汽车电路的数学模型可以进行电路仿真和性能分析MATLAB/Simulink仿真PLECS电力电子是一款专业的电力电子仿真软件PLECS建模可以精确建模电动汽车电路中的电力电子器件分析可以进行详细的电路分析和性能评估电动汽车电路故障诊断诊断2确定故障类型和故障原因检测1检测电路是否存在故障修复修复故障，恢复电路的正常功能3常见故障类型短路断路接触不良电路中出现不应有的低阻抗路径电路中出现断开点，导致电流无法流通电路连接处接触不良，导致电阻增大故障诊断流程现象分析电路测试12分析故障现象，确定故障范围使用万用表等工具，测试电路的电压、电流和电阻故障排除3根据测试结果，排除故障电动汽车电路维护与保养定期检查清洁更换定期检查电路的连接和绝缘情况保持电路的清洁，防止灰尘和潮湿及时更换老化的电路元件维护注意事项安全第一在进行电路维护时，一定要注意安全断电操作在进行电路维护前，一定要断开电源专业人员如不具备相关知识和技能，请寻求专业人员的帮助安全操作规程操作2按照操作规程进行操作准备1准备必要的工具和防护用品检查操作完成后，进行检查，确保电路正常3运行电动汽车电路发展趋势智能化1电路控制更加智能化，实现自适应控制和故障诊断集成化2电路集成度更高，体积更小，重量更轻高效化3电路效率更高，能量损耗更低安全化4电路安全性更高，可靠性更强。