《能源汽车技术》PPT课件.ppt

1 新能源汽车结构组成,电动车工作原理,驾驶员上车启动后，整车自检，电池管理系统检测动力电池状态，无误后向电机控制器发信号，控制器接受报文，判断档位，如在D档位置，则向电机输出电流，控制电机转速，实现车辆运转。 车停后，当充电器（车载）检测到有充电口插入的信号，向电池管理系统发报文，若管理系统反馈动力电池正常，车载充电器将为动力电池充电。,混合动力车基本组成,1 新能源汽车结构组成,混合动力车动力输出模式一,串联,1 新能源汽车结构组成,混合动力车动力输出模式二,并联,1 新能源汽车结构组成,混合动力车动力输出模式三,混联,1 新能源汽车结构组成,电池管理器主要功用： （1）电池包电量预测计算； （2）温度、电压、湿度检测； （3）漏电、异常情况报警； （4）充放电控制、预充控制； （5）电池一致性检测； （6）系统自检等。,动力电池及电池管理器,内部设置动力电池及其管理器和温度、电压传感器。 因电池有温度和电压的限制要求，需温度和电压传感器对其进行采集，将数据传给动力电池管理器进行判断。,1 新能源汽车结构组成,电机+变速箱 通过控制器驱动电机将电能转化为机械能，使整车行驶。 动力总成包括电机、变速箱、旋变传感器。 旋变传感器将电机的转速信号等传递给驱动电机控制器进行判断。,动力总成,1 新能源汽车结构组成,（1）控制器将动力电池的直流电，转化为交流电输出给电机； （2）电机正转实现整车行驶，加、减速；电机反转实现倒车； （3）通过有效控制策略，控制动力总成以最佳方式协调工作。,电机驱动控制器,1 新能源汽车结构组成,电机驱动控制器,1 新能源汽车结构组成,（1）为动力电池进行充电； （2）具有通讯功能，收到允许充电信号后，再将输入220V交流电，经过滤波整流后，通过升压电路和降压电路，为动力电池充电。,车载充电器,1 新能源汽车结构组成,车载充电器（一）,1 新能源汽车结构组成,车载充电器（二）,1 新能源汽车结构组成,(1)将高压直流电转换为低压直流电； (2)整车所用电是蓄电池提供的12V低压电，整车启动以后动力电池代替蓄电池，通过DCDC为整车提供低压电。,直流变换器DC/DC,1 新能源汽车结构组成,电力电子技术概念,电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。 电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同,电力电子技术主要用于电力变换。,2 新能源汽车中电力电子技术,2 新能源汽车中电力电子技术,电力电子及其特性,电力电子器件被广泛用于处理电能的主电路中，是实现电能的传输、变换或控制的电子器件。 电力电子器件所具有的主要特征为： 电力电子器件处理的电功率的大小是其主要的特征参数。 电力电子器件往往工作在开关状态； 在实际应用中因此需要驱动电路对控制信号进行放大。,电力电子器件的分类,（1）不控型器件： 不能用控制信号控制其导通和关断的器件。 如：功率二极管（Power Diode）。,按可控性分类,2 新能源汽车中电力电子技术,（2）半控型器件：可通过控制极控制器件导通，但不能控制其关断的器件。晶闸管及其大部分派生器件，器件的关断一般依靠其在电路中承受反向电压或减小通态电流使其恢复阻断。,电力电子器件的分类,按可控性分类,2 新能源汽车中电力电子技术,（3）全控型器件：既可控制其导通，又可控制其关断的器件。功率晶体管、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、门极可关断晶闸管（GTO）和电力场效应晶体管(P-MOS)等。,电力电子器件的分类,按可控性分类,2 新能源汽车中电力电子技术,几种典型的电力电子器件,不可控器件电力二极管 半控型器件晶闸管 电力场效应晶体管电力MOSFET 绝缘栅双极型晶体管IGBT,2 新能源汽车中电力电子技术,AC-DC变换电路 DC-DC变换电路 DC-AC变换电路 AC-AC变换电路 多级复合形式的变换电路 半导体功率器件的驱动与保护电路,2 新能源汽车中电力电子技术,1、ACDC变换电路 交流直流变换器 （AC DC Converter） 功能： 将交流电变换成直流电，又称为整流器。,2 新能源汽车中电力电子技术,单 相 桥 式,单 相 半 波,二极管整流,整流器,2 新能源汽车中电力电子技术,单相半桥整流器,单相全桥整流器,PWM整流,整流器,2 新能源汽车中电力电子技术,2、DC/DC变换电路 直流直流变换器 （DCDC Converter） 功能： 将一种直流电变换为另一种固定或可调电压的直流电，又称直流斩波器（DC Chopper）。,2 新能源汽车中电力电子技术,Buck变换器,是一种降压型DCDC变换电路，输出电压小于或等于输入电压，输入电流断续。输出电压Uo=DyUin， 占空比Dy=ton/Ts01(下同)。,Boost变换器,是一种升压型DCDC变换电路，输出电压大于输入电压，VT的占空比Dy必须小于1，输入电流连续。输出电压Uo= Uin /(1Dy)。,直流变换器,2 新能源汽车中电力电子技术,3、DCAC变换电路 将直流电变换为交流电的过程称为逆变换或DCAC变换，实现逆变的主电路称为DCAC变换电路。通常将DCAC变换电路、控制电路、驱动及保护电路组成的DCAC逆变电源称为逆变器（Inverter）。,2 新能源汽车中电力电子技术,电压型单相全桥逆变电路,直流母线电容Cd滤波，VT1、VT4和 VT2、VT3交替导通/关断；加在负载上的电压幅值为Ud，输出功率为半桥逆变器的四倍；开关管VT1VT4上承受的最大电压为Ud；控制方式有单极、双极式PWM脉宽调制控制，移相控制，调频控制等方式。,2 新能源汽车中电力电子技术,4、ACAC变换电路 交流交流变换器 （ACAC Converter） 分为三大类： 第一类 频率不变仅改变电压大小； 第二类 在变频的同时也可实现电压变换，实现降频降压变换； 第三类 PWM斩波式AC-AC变换器，既可实现降压又可升压，还可实现变频。,2 新能源汽车中电力电子技术,单相全控 AC-AC变换电路,电路特点： 单相全控型电压控制器，是最基本的交流调压电路。图中2只普通晶闸管（T1、T2）可由一只双向晶闸管取代，但有效电流定额需扩大约70%。,2 新能源汽车中电力电子技术,5、多极复合形式的变换电路 以上四种最基本变换电路的复合运用。 在新能源发电技术的实际应用中，常将两个以上的基本变换电路组合在一起，构成多级复合形式的变换电路。,2 新能源汽车中电力电子技术,ACDCDCAC变换电路,降压型电路,2 新能源汽车中电力电子技术,电力电子功率器件的驱动电路 实际变换器由主电路、驱动器及保护电路、控制电路、检测与显示电路等多个子系统构成。 驱动电路接受控制器输出的控制信号（弱电），经功率放大和隔离后，驱动功率开关的导通、关断，是连接功率器件与控制器的桥梁。,2 新能源汽车中电力电子技术,晶闸管SCR触发驱动器,采用变压器隔离的SCR驱动器,采用光耦隔离的SCR驱动器,2 新能源汽车中电力电子技术,功率MOSFET和IGBT器件驱动器应用实例,1TLP250功率驱动电路及应用,TLP250组成的驱动电路,2 新能源汽车中电力电子技术,2IR2110驱动电路,IR2110驱动电路,2 新能源汽车中电力电子技术,电力电子功率器件的保护电路,1过电流保护电路,过电流保护直接影响到装置的可靠性。 过流允许值一般为2倍的电流额定值，允许过流时间一般20s。考虑到过电流发生和硬件保护电路需要一定的时间，因此要求过电流检测的电流传感器（一般用霍尔传感器）响应速度要快。 除在驱动电路中加过流保护功能外，还在整流电路输出、逆变电路输入、负载回路加过流检测进行过流保护。,2 新能源汽车中电力电子技术,电流传感器安装位置：与直流母线串联，可检测母线后的逆变电路或负载回路的过流。与负载串联，可检测负载回路过流。与每个IGBT串联，可检测IGBT的过流，但使用电流传感器多，成本高。,2 新能源汽车中电力电子技术,过流保护电路实例及电流传感器安装位置,2过电压保护电路