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電動(dòng)汽車電力電子技術(shù) 版權(quán)信息
- ISBN：9787030683168
- 條形碼：9787030683168 ; 978-7-03-068316-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
- 重量：暫無(wú)
- 所屬分類：>>
電動(dòng)汽車電力電子技術(shù) 內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書(shū)基于作者多年從事電動(dòng)汽車電力電子技術(shù)教學(xué)和科研工作積累的經(jīng)驗(yàn)，面向電動(dòng)汽車整車、關(guān)鍵部件的實(shí)際工程問(wèn)題，系統(tǒng)闡述電力電子技術(shù)在電動(dòng)汽車領(lǐng)域應(yīng)用的理論基礎(chǔ)、研究方法和共性問(wèn)題。本書(shū)主要內(nèi)容包括電力電子技術(shù)在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用現(xiàn)狀、特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，電動(dòng)汽車電力電子器件的結(jié)構(gòu)、原理與特性，電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)與控制技術(shù)，電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的組成、原理與控制技術(shù)，燃料電池汽車直流-直流變換器與控制技術(shù)，電動(dòng)汽車低壓直流-直流變換器與控制技術(shù)，電力電子技術(shù)在電動(dòng)汽車中應(yīng)用的共性問(wèn)題。
電動(dòng)汽車電力電子技術(shù) 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 電力電子技術(shù)在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用 4
1.3 電動(dòng)汽車電力電子技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì) 6
1.3.1 電動(dòng)汽車電力電子技術(shù)的特點(diǎn) 6
1.3.2 電動(dòng)汽車電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 7
參考文獻(xiàn) 9
第2章 電動(dòng)汽車電力電子器件 10
2.1 電動(dòng)汽車電力電子器件概述 10
2.2 功率半導(dǎo)體材料 12
2.2.1 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶 12
2.2.2 禁帶寬度與寬禁帶半導(dǎo)體材料 14
2.2.3 本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體 15
2.3 功率二極管 17
2.4 晶閘管 23
2.4.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與觸發(fā) 23
2.4.2 晶閘管的伏安特性與開(kāi)關(guān)特性 24
2.5 功率金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 26
2.5.1 功率MOSFET的結(jié)構(gòu)與原理 27
2.5.2 功率MOSFET的靜態(tài)特性與開(kāi)關(guān)特性 29
2.5.3 功率MOSFET的損耗 39
2.6 絕緣柵雙極晶體管 41
2.6.1 IGBT的結(jié)構(gòu)與原理 41
2.6.2 IGBT的靜態(tài)特性與開(kāi)關(guān)特性 44
參考文獻(xiàn) 49
第3章 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)與控制技術(shù) 50
3.1 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)概述 50
3.1.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成 50
3.1.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的類型與特點(diǎn) 51
3.1.3 整車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求 54
3.2 直流電機(jī)與控制技術(shù) 56
3.2.1 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 56
3.2.2 直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 58
3.2.3 直流電機(jī)的控制 59
3.3 無(wú)刷直流電機(jī)與控制技術(shù) 62
3.3.1 無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 62
3.3.2 無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 64
3.3.3 無(wú)刷直流電機(jī)的控制 66
3.4 永磁同步電機(jī)與控制技術(shù) 70
3.4.1 永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 70
3.4.2 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 73
3.4.3 永磁同步電機(jī)的磁場(chǎng)定向控制 82
3.5 交流感應(yīng)電機(jī)與控制技術(shù) 90
3.5.1 交流感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 90
3.5.2 交流感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 91
3.5.3 交流感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制 97
3.6 三相電壓型逆變電路的空間矢量脈寬調(diào)制 107
3.6.1 空間矢量脈寬調(diào)制的基本原理 107
3.6.2 空間矢量脈寬調(diào)制的實(shí)現(xiàn) 111
3.7 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)原理與控制技術(shù) 114
3.7.1 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 114
3.7.2 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 116
3.7.3 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的控制 118
參考文獻(xiàn) 121
第4章 電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)與控制技術(shù) 123
4.1 傳導(dǎo)充電系統(tǒng)概述 123
4.1.1 傳導(dǎo)充電系統(tǒng)的分類 123
4.1.2 傳導(dǎo)充電系統(tǒng)的構(gòu)成 124
4.2 充電系統(tǒng)中的整流電路 125
4.2.1 充電系統(tǒng)中的橋式不控整流電路 125
4.2.2 充電系統(tǒng)中的同步整流技術(shù) 127
4.3 充電系統(tǒng)中的功率因數(shù)校正電路 130
4.3.1 單相功率因數(shù)校正電路 130
4.3.2 三相功率因數(shù)校正電路 136
4.4 傳導(dǎo)充電系統(tǒng)的控制 141
4.4.1 車載儲(chǔ)能部件的充電模式 141
4.4.2 傳導(dǎo)充電系統(tǒng)的控制方法 144
參考文獻(xiàn) 145
第5章 電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)與控制技術(shù) 147
5.1 無(wú)線充電系統(tǒng)概述 147
5.1.1 無(wú)線充電系統(tǒng)的分類 147
5.1.2 無(wú)線充電系統(tǒng)的構(gòu)成 148
5.2 耦合線圈的數(shù)學(xué)模型 149
5.2.1 雙線圈系統(tǒng)的磁耦合關(guān)系 149
5.2.2 雙線圈系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與等效電路 150
5.3 耦合線圈的補(bǔ)償與諧振電路 153
5.3.1 耦合線圈的串聯(lián)-串聯(lián)型補(bǔ)償 153
5.3.2 耦合線圈的串聯(lián)-并聯(lián)型補(bǔ)償 156
5.3.3 耦合線圈的并聯(lián)-串聯(lián)型補(bǔ)償 157
5.3.4 耦合線圈的并聯(lián)-并聯(lián)型補(bǔ)償 159
5.3.5 耦合線圈的“C-CC”型補(bǔ)償 161
5.3.6 耦合線圈的“LCC-CCL”型補(bǔ)償 162
5.4 耦合線圈的電能傳輸特性 164
5.4.1 耦合線圈系統(tǒng)的輸出特性 164
5.4.2 耦合線圈系統(tǒng)的效率特性 165
5.5 無(wú)線充電系統(tǒng)的電磁安全性 167
5.6 無(wú)線充電系統(tǒng)的控制 169
參考文獻(xiàn) 171
第6章 燃料電池汽車直流-直流變換器與控制技術(shù) 173
6.1 燃料電池汽車直流-直流變換器概述 173
6.1.1 燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型 173
6.1.2 燃料電池汽車直流-直流變換器的作用 174
6.1.3 燃料電池汽車直流-直流變換器的類型 175
6.2 單向直流-直流變換器主電路結(jié)構(gòu)與控制 176
6.2.1 Buck變換器主電路結(jié)構(gòu)與基本關(guān)系式 176
6.2.2 Boost變換器主電路結(jié)構(gòu)與基本關(guān)系式 179
6.2.3 升降壓型變換器主電路結(jié)構(gòu)與基本關(guān)系式 181
6.2.4 高電壓增益變換器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與基本關(guān)系式 183
6.2.5 功率分配與變換器被控量的選擇 186
6.2.6 單向直流-直流變換器的建模與控制 188
6.3 雙向非隔離型直流-直流變換器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與控制 196
6.3.1 雙向非隔離型直流-直流變換器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 196
6.3.2 雙向直流-直流變換器的控制 197
6.4 直流-直流變換器的交錯(cuò)式主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與控制 199
6.4.1 直流-直流變換器的交錯(cuò)式主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 199
6.4.2 交錯(cuò)式電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直流-直流變換器的控制 203
6.5 寄生參數(shù)對(duì)變換器性能的影響 204
6.5.1 寄生參數(shù)對(duì)Buck變換器性能的影響 204
6.5.2 寄生參數(shù)對(duì)Boost變換器性能的影響 206
參考文獻(xiàn) 208
第7章 電動(dòng)汽車低壓直流-直流變換器與控制技術(shù) 209
7.1 低壓直流-直流變換器概述 209
7.2 全橋式低壓直流-直流變換器 210
7.3 半橋式低壓直流-直流變換器 212
7.4 低壓直流-直流變換器的軟開(kāi)關(guān)技術(shù) 214
7.4.1 半橋式LLC諧振直流-直流變換器 214
7.4.2 有源鉗位正反激直流-直流變換器 220
參考文獻(xiàn) 223
第8章 電動(dòng)汽車電力電子技術(shù)應(yīng)用中的共性問(wèn)題 224
8.1 電動(dòng)汽車電力電子器件的驅(qū)動(dòng) 224
8.1.1 驅(qū)動(dòng)電路的作用與基本要求 224
8.1.2 驅(qū)動(dòng)電壓與柵極電阻的選擇 228
8.2 電動(dòng)汽車電力電子器件的保護(hù) 231
8.2.1 電動(dòng)汽車電力電子器件的失效分析 231
8.2.2 電動(dòng)汽車電力電子器件的保護(hù)方法 234
8.3 電動(dòng)汽車電力電子器件的熱管理 239
8.3.1 電動(dòng)汽車電力電子器件熱管理的作用 239
8.3.2 電動(dòng)汽車電力電子器件的封裝與影響 240
8.3.3 電動(dòng)汽車電力電子器件基本傳熱方式 244
8.4 電動(dòng)汽車電力電子部件的數(shù)字化控制 247
8.4.1 數(shù)字化控制系統(tǒng)的技術(shù)特征與研發(fā)流程 247
8.4.2 數(shù)字化控制系統(tǒng)的硬件電路 251
8.4.3 數(shù)字化控制系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā) 261
8.5 電動(dòng)汽車電力電子部件的電磁兼容問(wèn)題 263
8.5.1 電動(dòng)汽車電力電子部件的電磁噪聲 263
8.5.2 靜電放電對(duì)電力電子部件的影響 267
8.5.3 電動(dòng)汽車電磁噪聲的耦合途徑 268
8.5.4 電動(dòng)汽車電力電子部件電磁干擾的抑制 270
8.6 電動(dòng)汽車多電力電子部件的集成 276
8.6.1 電動(dòng)汽車多電力電子部件集成可行性分析 276
8.6.2 電動(dòng)汽車多電力電子部件集成實(shí)例 278
8.7 電動(dòng)汽車電力電子部件的測(cè)試與評(píng)價(jià) 282
8.7.1 電動(dòng)汽車電力電子部件測(cè)試與評(píng)價(jià)內(nèi)容 282
8.7.2 電動(dòng)汽車電力電子部件測(cè)試與評(píng)價(jià)方法 284
參考文獻(xiàn) 286
前言
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 電力電子技術(shù)在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用 4
1.3 電動(dòng)汽車電力電子技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì) 6
1.3.1 電動(dòng)汽車電力電子技術(shù)的特點(diǎn) 6
1.3.2 電動(dòng)汽車電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 7
參考文獻(xiàn) 9
第2章 電動(dòng)汽車電力電子器件 10
2.1 電動(dòng)汽車電力電子器件概述 10
2.2 功率半導(dǎo)體材料 12
2.2.1 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶 12
2.2.2 禁帶寬度與寬禁帶半導(dǎo)體材料 14
2.2.3 本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體 15
2.3 功率二極管 17
2.4 晶閘管 23
2.4.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與觸發(fā) 23
2.4.2 晶閘管的伏安特性與開(kāi)關(guān)特性 24
2.5 功率金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 26
2.5.1 功率MOSFET的結(jié)構(gòu)與原理 27
2.5.2 功率MOSFET的靜態(tài)特性與開(kāi)關(guān)特性 29
2.5.3 功率MOSFET的損耗 39
2.6 絕緣柵雙極晶體管 41
2.6.1 IGBT的結(jié)構(gòu)與原理 41
2.6.2 IGBT的靜態(tài)特性與開(kāi)關(guān)特性 44
參考文獻(xiàn) 49
第3章 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)與控制技術(shù) 50
3.1 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)概述 50
3.1.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成 50
3.1.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的類型與特點(diǎn) 51
3.1.3 整車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求 54
3.2 直流電機(jī)與控制技術(shù) 56
3.2.1 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 56
3.2.2 直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 58
3.2.3 直流電機(jī)的控制 59
3.3 無(wú)刷直流電機(jī)與控制技術(shù) 62
3.3.1 無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 62
3.3.2 無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 64
3.3.3 無(wú)刷直流電機(jī)的控制 66
3.4 永磁同步電機(jī)與控制技術(shù) 70
3.4.1 永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 70
3.4.2 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 73
3.4.3 永磁同步電機(jī)的磁場(chǎng)定向控制 82
3.5 交流感應(yīng)電機(jī)與控制技術(shù) 90
3.5.1 交流感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 90
3.5.2 交流感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 91
3.5.3 交流感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制 97
3.6 三相電壓型逆變電路的空間矢量脈寬調(diào)制 107
3.6.1 空間矢量脈寬調(diào)制的基本原理 107
3.6.2 空間矢量脈寬調(diào)制的實(shí)現(xiàn) 111
3.7 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)原理與控制技術(shù) 114
3.7.1 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 114
3.7.2 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 116
3.7.3 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的控制 118
參考文獻(xiàn) 121
第4章 電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)與控制技術(shù) 123
4.1 傳導(dǎo)充電系統(tǒng)概述 123
4.1.1 傳導(dǎo)充電系統(tǒng)的分類 123
4.1.2 傳導(dǎo)充電系統(tǒng)的構(gòu)成 124
4.2 充電系統(tǒng)中的整流電路 125
4.2.1 充電系統(tǒng)中的橋式不控整流電路 125
4.2.2 充電系統(tǒng)中的同步整流技術(shù) 127
4.3 充電系統(tǒng)中的功率因數(shù)校正電路 130
4.3.1 單相功率因數(shù)校正電路 130
4.3.2 三相功率因數(shù)校正電路 136
4.4 傳導(dǎo)充電系統(tǒng)的控制 141
4.4.1 車載儲(chǔ)能部件的充電模式 141
4.4.2 傳導(dǎo)充電系統(tǒng)的控制方法 144
參考文獻(xiàn) 145
第5章 電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)與控制技術(shù) 147
5.1 無(wú)線充電系統(tǒng)概述 147
5.1.1 無(wú)線充電系統(tǒng)的分類 147
5.1.2 無(wú)線充電系統(tǒng)的構(gòu)成 148
5.2 耦合線圈的數(shù)學(xué)模型 149
5.2.1 雙線圈系統(tǒng)的磁耦合關(guān)系 149
5.2.2 雙線圈系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與等效電路 150
5.3 耦合線圈的補(bǔ)償與諧振電路 153
5.3.1 耦合線圈的串聯(lián)-串聯(lián)型補(bǔ)償 153
5.3.2 耦合線圈的串聯(lián)-并聯(lián)型補(bǔ)償 156
5.3.3 耦合線圈的并聯(lián)-串聯(lián)型補(bǔ)償 157
5.3.4 耦合線圈的并聯(lián)-并聯(lián)型補(bǔ)償 159
5.3.5 耦合線圈的“C-CC”型補(bǔ)償 161
5.3.6 耦合線圈的“LCC-CCL”型補(bǔ)償 162
5.4 耦合線圈的電能傳輸特性 164
5.4.1 耦合線圈系統(tǒng)的輸出特性 164
5.4.2 耦合線圈系統(tǒng)的效率特性 165
5.5 無(wú)線充電系統(tǒng)的電磁安全性 167
5.6 無(wú)線充電系統(tǒng)的控制 169
參考文獻(xiàn) 171
第6章 燃料電池汽車直流-直流變換器與控制技術(shù) 173
6.1 燃料電池汽車直流-直流變換器概述 173
6.1.1 燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型 173
6.1.2 燃料電池汽車直流-直流變換器的作用 174
6.1.3 燃料電池汽車直流-直流變換器的類型 175
6.2 單向直流-直流變換器主電路結(jié)構(gòu)與控制 176
6.2.1 Buck變換器主電路結(jié)構(gòu)與基本關(guān)系式 176
6.2.2 Boost變換器主電路結(jié)構(gòu)與基本關(guān)系式 179
6.2.3 升降壓型變換器主電路結(jié)構(gòu)與基本關(guān)系式 181
6.2.4 高電壓增益變換器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與基本關(guān)系式 183
6.2.5 功率分配與變換器被控量的選擇 186
6.2.6 單向直流-直流變換器的建模與控制 188
6.3 雙向非隔離型直流-直流變換器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與控制 196
6.3.1 雙向非隔離型直流-直流變換器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 196
6.3.2 雙向直流-直流變換器的控制 197
6.4 直流-直流變換器的交錯(cuò)式主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與控制 199
6.4.1 直流-直流變換器的交錯(cuò)式主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 199
6.4.2 交錯(cuò)式電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直流-直流變換器的控制 203
6.5 寄生參數(shù)對(duì)變換器性能的影響 204
6.5.1 寄生參數(shù)對(duì)Buck變換器性能的影響 204
6.5.2 寄生參數(shù)對(duì)Boost變換器性能的影響 206
參考文獻(xiàn) 208
第7章 電動(dòng)汽車低壓直流-直流變換器與控制技術(shù) 209
7.1 低壓直流-直流變換器概述 209
7.2 全橋式低壓直流-直流變換器 210
7.3 半橋式低壓直流-直流變換器 212
7.4 低壓直流-直流變換器的軟開(kāi)關(guān)技術(shù) 214
7.4.1 半橋式LLC諧振直流-直流變換器 214
7.4.2 有源鉗位正反激直流-直流變換器 220
參考文獻(xiàn) 223
第8章 電動(dòng)汽車電力電子技術(shù)應(yīng)用中的共性問(wèn)題 224
8.1 電動(dòng)汽車電力電子器件的驅(qū)動(dòng) 224
8.1.1 驅(qū)動(dòng)電路的作用與基本要求 224
8.1.2 驅(qū)動(dòng)電壓與柵極電阻的選擇 228
8.2 電動(dòng)汽車電力電子器件的保護(hù) 231
8.2.1 電動(dòng)汽車電力電子器件的失效分析 231
8.2.2 電動(dòng)汽車電力電子器件的保護(hù)方法 234
8.3 電動(dòng)汽車電力電子器件的熱管理 239
8.3.1 電動(dòng)汽車電力電子器件熱管理的作用 239
8.3.2 電動(dòng)汽車電力電子器件的封裝與影響 240
8.3.3 電動(dòng)汽車電力電子器件基本傳熱方式 244
8.4 電動(dòng)汽車電力電子部件的數(shù)字化控制 247
8.4.1 數(shù)字化控制系統(tǒng)的技術(shù)特征與研發(fā)流程 247
8.4.2 數(shù)字化控制系統(tǒng)的硬件電路 251
8.4.3 數(shù)字化控制系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā) 261
8.5 電動(dòng)汽車電力電子部件的電磁兼容問(wèn)題 263
8.5.1 電動(dòng)汽車電力電子部件的電磁噪聲 263
8.5.2 靜電放電對(duì)電力電子部件的影響 267
8.5.3 電動(dòng)汽車電磁噪聲的耦合途徑 268
8.5.4 電動(dòng)汽車電力電子部件電磁干擾的抑制 270
8.6 電動(dòng)汽車多電力電子部件的集成 276
8.6.1 電動(dòng)汽車多電力電子部件集成可行性分析 276
8.6.2 電動(dòng)汽車多電力電子部件集成實(shí)例 278
8.7 電動(dòng)汽車電力電子部件的測(cè)試與評(píng)價(jià) 282
8.7.1 電動(dòng)汽車電力電子部件測(cè)試與評(píng)價(jià)內(nèi)容 282
8.7.2 電動(dòng)汽車電力電子部件測(cè)試與評(píng)價(jià)方法 284
參考文獻(xiàn) 286
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電動(dòng)汽車電力電子技術(shù) 節(jié)選
第1章 緒論 1.1 概述 進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著人們對(duì)能源短缺和環(huán)境污染等問(wèn)題的重視，電動(dòng)汽車逐漸成為汽車廠商和研發(fā)機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)并步入產(chǎn)業(yè)化階段。 與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相比，電動(dòng)汽車具有高效率、低排放、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，并具有如下技術(shù)特征和發(fā)展趨勢(shì)。 1)電氣化的動(dòng)力系統(tǒng) 與內(nèi)燃機(jī)汽車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、構(gòu)型單一的動(dòng)力系統(tǒng)不同，電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)由多部件構(gòu)成且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、構(gòu)型多樣[1]。如圖1-1所示，可以將電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)看作電氣系統(tǒng)，包含電能的產(chǎn)生、電能的傳輸與分配以及電能的利用三個(gè)重要環(huán)節(jié)。多部件構(gòu)成的電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)不僅便于在整車上布置和安裝，而且可通過(guò)系統(tǒng)及其組成部件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使車輛輕量化的相關(guān)技術(shù)更易于實(shí)現(xiàn)；由于電能的傳輸更為靈活和便捷、電氣類型的執(zhí)行器和傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快，整車智能化的相關(guān)技術(shù)在電動(dòng)汽車上更便于實(shí)施。 圖1-1 電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)及其在能源互聯(lián)網(wǎng)中的地位 2)車輛在能源體系中的地位和作用發(fā)生變化 在能源體系中，汽車一直被認(rèn)為是能源消耗的大戶[2]。電動(dòng)汽車具有能量來(lái)源多樣化、能量轉(zhuǎn)換效率較高等優(yōu)點(diǎn)。隨著電動(dòng)汽車的規(guī)模化應(yīng)用，在能源互聯(lián)網(wǎng)中，其角色不再是單一的能量需求方，電動(dòng)汽車可以同時(shí)發(fā)揮能量供給以及調(diào)節(jié)的作用。圖1-1中，電動(dòng)汽車電能以及與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相關(guān)的機(jī)械能的傳輸是雙向的，這與內(nèi)燃機(jī)汽車中將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的單向傳輸具有明顯的區(qū)別。車輛到電網(wǎng)(vehicle to grid，V2G)相關(guān)技術(shù)使電動(dòng)汽車的功能得到了充分?jǐn)U展[3]。 3)電能在電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)內(nèi)部、電動(dòng)汽車與外電網(wǎng)之間的流動(dòng)具有可控性可控性具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 **，電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)中電源產(chǎn)生的電能需要通過(guò)變換才能滿足負(fù)載的需求。電能的變換可以是交直流之間的轉(zhuǎn)換，也可以是電壓、電流、頻率等電能特征量的調(diào)節(jié)，變換的目的是使負(fù)載得到符合其用電要求的高品質(zhì)電能。 第二，電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)功率平衡的需要。在任何情況下，電源的輸出功率等于負(fù)載消耗的功率與電能傳輸和轉(zhuǎn)換過(guò)程的損耗功率之和。通過(guò)對(duì)電源輸出功率的控制，可以使負(fù)載的需求功率得到滿足，避免負(fù)載工作狀態(tài)發(fā)生異常。 第三，電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)高效率運(yùn)行的需要。通過(guò)對(duì)電壓、電流、功率的控制或調(diào)解，可以提高系統(tǒng)的電能傳輸和轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)使系統(tǒng)中各組成部件處于高效工作區(qū)，從而提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。 第四，電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行的需要。通過(guò)對(duì)電能的控制，可以避免系統(tǒng)中各部件出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)溫、欠壓等可能引發(fā)故障的風(fēng)險(xiǎn)，保證系統(tǒng)以及各部件可靠安全運(yùn)行。 電動(dòng)汽車對(duì)電能的控制依賴于電力電子技術(shù)。電力電子技術(shù)是利用電力電子器件組成不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電路，完成電能控制和不同形式電能轉(zhuǎn)換的技術(shù)。電力電子相關(guān)技術(shù)拓寬了傳統(tǒng)電子學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域，為現(xiàn)代通信、計(jì)算機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、電力工業(yè)、航天、汽車等高新技術(shù)領(lǐng)域提供高性能、高精度和高效率的電能轉(zhuǎn)換和控制設(shè)備，成為發(fā)展高新技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵[4]。 電力電子器件是用于電能變換和控制的大功率電子器件，電力電子器件的主要應(yīng)用領(lǐng)域如圖1-2所示。通常，電動(dòng)汽車中使用的電力電子器件的電壓范圍為300～1200V，電流范圍為100～1000A。從電力電子應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)講，電動(dòng)汽車中的電力電子器件屬于中壓、中等功率范疇。電動(dòng)汽車中工作電壓較高(如大于500V)的部件是目前碳化硅半導(dǎo)體材料電力電子器件主要的目標(biāo)應(yīng)用對(duì)象[5]。 以電力電子器件為核心且以電能轉(zhuǎn)換和控制為目的的電路稱為電力電子電路。根據(jù)電路輸入和輸出電能的形式，可以把電力電子電路分為四類：直流-直流電路、直流-交流電路、交流-直流電路和交流-交流電路[6]。除交流-交流電路外，其他三類電力電子電路在電動(dòng)汽車上都有所應(yīng)用。 圖1-2 電力電子器件主要應(yīng)用領(lǐng)域 在電動(dòng)汽車上，利用電力電子電路完成不同形式電能之間轉(zhuǎn)換和電能控制的基本單元稱為電力電子部件。除實(shí)現(xiàn)電能變換和控制的功能外，一個(gè)電動(dòng)汽車電力電子部件還應(yīng)具有下列特征。 (1)電氣結(jié)構(gòu)上：包括電力電子電路及維持其正常工作所需的輔助電路，如驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、微處理器及其外圍電路、數(shù)據(jù)采集電路、通信電路、電源電路等。一般把電力電子電路稱為主電路，而把所有的輔助電路統(tǒng)稱為控制電路。 (2)機(jī)械結(jié)構(gòu)上：包括導(dǎo)電母排、機(jī)械安裝接口、電氣連接器或電氣連接接口、散熱子系統(tǒng)、防護(hù)殼體等。 (3)滿足車用條件：具有較高的功率密度和效率，具有較好的可靠性和較長(zhǎng)的使用壽命，具有一定的防護(hù)等級(jí)和電氣絕緣性能，具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性和電磁兼容性。 圖1-3所示為燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)中連接于燃料電池系統(tǒng)與直流母線之間的直流-直流變換器的構(gòu)成。作為電動(dòng)汽車電力電子部件，直流-直流變換器內(nèi)部主要包括主電路和控制電路兩大部分。主電路用來(lái)完成直流-直流之間的電能轉(zhuǎn)換，若采用升壓型電路結(jié)構(gòu)，則主電路可如圖1-4所示。主電路主要由絕緣柵雙極晶體管(insulated gate bipolar translator， IGBT)T、功率二極管D、電容CIN和COUT以及電感L構(gòu)成，其中T和D屬于電力電子器件，而CIN、COUT和L屬于大功率無(wú)源元件。控制電路由微控制單元(micro control unit， MCU)或數(shù)字信號(hào)處理器(digital signal processor， DSP)、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、控制電源、各類傳感器等構(gòu)成，用來(lái)根據(jù)上層控制器發(fā)來(lái)的指令對(duì)主電路中電力電子器件的通斷實(shí)施控制。在圖1-4所示電路中，電力電子器件T也可以采用功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(power metal-oxide-semiconductor field effect transistor， Power MOSFET或功率MOSFET)，通過(guò)控制T的占空比來(lái)調(diào)節(jié)主電路的輸出電壓uOUT，進(jìn)而控制主電路輸入側(cè)的功率，即燃料電池系統(tǒng)輸出功率。除具有主電路和控制電路外，直流-直流變換器還包含散熱子系統(tǒng)、連接母排以及圖1-3中沒(méi)有給出的連接器、防護(hù)殼體等構(gòu)件或子系統(tǒng)。 圖1-3 燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)直流-直流變換器的構(gòu)成 圖1-4 燃料電池汽車直流-直流變換器升壓型主電路 電動(dòng)汽車對(duì)電力電子技術(shù)具有較強(qiáng)的依賴性。無(wú)論是純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車還是被人們視為更加綠色環(huán)保的燃料電池汽車，電力電子部件都是動(dòng)力系統(tǒng)重要的組成部分，電力電子部件的性能對(duì)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性、穩(wěn)定性、舒適性等會(huì)產(chǎn)生直接而重要的影響。電力電子技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車領(lǐng)域關(guān)注和研究的熱點(diǎn)[7]。同時(shí)，汽車高溫、高寒、高濕、高振動(dòng)、高海拔、復(fù)雜電磁環(huán)境等特殊的工作條件也對(duì)電力電子器件、電力電子電路、電力電子控制等方面提出了非常高的要求。電力電子技術(shù)相關(guān)知識(shí)的普及以及相關(guān)理論的進(jìn)一步深入研究具有非常重要的意義。 1.2 電力電子技術(shù)在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用 電力電子技術(shù)在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用可以分為兩個(gè)層次：電力電子器件和電力電子電路。電力電子器件層次包括電動(dòng)汽車電力電子器件設(shè)計(jì)、材料選取、制造與生產(chǎn)工藝、試驗(yàn)檢測(cè)以及器件應(yīng)用過(guò)程中的驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、熱管理等相關(guān)技術(shù)。電力電子電路層次包括電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化、元器件參數(shù)選擇、控制策略與方法、評(píng)價(jià)手段等相關(guān)技術(shù)。 圖1-5所示為插電式燃料電池乘用車(plug-in fuel cell electric car)的電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，圖中所示部件對(duì)電力電子技術(shù)都具有很強(qiáng)的依賴性。 圖1-5 插電式燃料電池乘用車的電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 對(duì)于圖1-1中的“電能變換器”，若其以獨(dú)立部件出現(xiàn)在電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)中，可以分為三類，如表1-1所示。 表1-1常見(jiàn)的電動(dòng)汽車電能變換器典型應(yīng)用 電力電子技術(shù)在電動(dòng)汽車中的具體應(yīng)用領(lǐng)域主要有以下幾個(gè)方面。 1)直流-直流變換器 主要包括兩類：一類為前面提到的用于燃料電池和動(dòng)力蓄電池兩個(gè)動(dòng)力源電壓匹配和功率分配的大功率直流-直流變換器，其功率可達(dá)幾十千瓦至近百千瓦；另一類為電動(dòng)汽車用小功率輔助直流-直流變換器，其主要功能是將動(dòng)力蓄電池提供的高壓直流電能變換為12V或24V低壓直流電能，供整車控制系統(tǒng)、車身電氣系統(tǒng)等使用。這類小功率直流-直流變換器，對(duì)于乘用車，普遍功率為1～3kW；對(duì)于商用車，普遍功率為3～5kW。 2)電機(jī)控制器 電動(dòng)汽車普遍采用交流異步電機(jī)或永磁同步電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)車輛，電機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)電能在直流與交流之間的轉(zhuǎn)換并實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速的控制，是電動(dòng)汽車的核心部件。對(duì)于部分電動(dòng)車輛，為了提高電機(jī)控制器輸入電壓，進(jìn)而提升驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的綜合性能，在電機(jī)控制器與動(dòng)力蓄電池之間會(huì)配有雙向直流-直流變換器。從功能角度看，這種復(fù)合電力電子裝置仍可以被視為電機(jī)控制器。車用電機(jī)控制器的功率范圍通常為幾十千瓦至數(shù)百千瓦。 3)充電系統(tǒng) 充電系統(tǒng)集成了整流、逆變、直流-直流等多個(gè)電能變換環(huán)節(jié)，具有非常復(fù)雜的電力電子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。充電系統(tǒng)反映了電力電子器件、電力電子控制、電力電子電路等電力電子技術(shù)核心理論體系在汽車領(lǐng)域的綜合應(yīng)用，是電力電子技術(shù)應(yīng)用方面的典型代表。充電系統(tǒng)功率范圍一般為幾千瓦至百余千瓦。除上述應(yīng)用領(lǐng)域外，電力電子技術(shù)還在電動(dòng)汽車中的鋰離子電池管理與均衡、燃料電池空氣壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制、電動(dòng)空調(diào)、電動(dòng)轉(zhuǎn)向、制動(dòng)系統(tǒng)等領(lǐng)域有所應(yīng)用[8]。 1.3 電動(dòng)汽車電力電子技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì) 1.3.1 電動(dòng)汽車電力電子技術(shù)的特點(diǎn) 電動(dòng)汽車電力電子技術(shù)的主要特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 1)高效率 高效率體現(xiàn)在電力電子器件和電力電子部件兩個(gè)層次。對(duì)于電力電子器件而言，由于導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗不斷降低，尤其是一些寬禁帶(wide band gap， WBG)材料功率器件(如碳化硅器件、氮化鎵器件)的出現(xiàn)和使用，大大提高了器件的工作效率[9，10]；對(duì)于電力電子部件而言，采用一些先進(jìn)的控制技術(shù)或進(jìn)行電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以有效提高汽車電力電子部件的工作效率。 2)高頻率 高頻工作是汽車電力電子器件的一個(gè)典型特征。大功率直流-直流變換器、電機(jī)控制器等電力電子器件的開(kāi)關(guān)頻率普遍不低于20kHz；在無(wú)線充電系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)器件工作頻率往往接近100kHz[11]。較高的頻率可以減輕因器件通斷而引起的部件工作噪聲對(duì)車輛司乘人員產(chǎn)生的影響，但也會(huì)增加設(shè)備的開(kāi)關(guān)損耗，帶來(lái)突出的汽車電磁兼容問(wèn)題[12]。 3)高密度 由于汽車空間有限，同時(shí)各部件之間有機(jī)械、電氣之間的連接和耦合，因此汽車部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。電力電子部件應(yīng)在滿足整車的電氣、機(jī)械、冷卻的需求以及整
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