电力电子技术在电动汽车中的应用.ppt
电力电子技术在新能源汽车中的应用
电力电子技术在新能源汽车中的应用一、简介随着环境保护意识的不断提高，新能源汽车愈发受到人们的重视。
在新能源汽车的发展过程中，其性能和稳定性的提高是至关重要的，而电力电子技术在其中的应用则扮演着不可或缺的角色。
二、电力电子技术的基础电力电子技术是指一种应用半导体器件和电子元器件实现能量转换、控制和调节的技术。
电力电子技术的应用范围广泛，覆盖了各个行业，包括交通、通信、工业等。
其中，在新能源汽车领域，电力电子技术具有独特的应用。
三、电力电子技术在新能源汽车中的应用1、能量转换新能源汽车中的能量转换是通过物理变化使电能转化为机械能或化学能，从而实现汽车的运行。
电力电子技术的应用可有效地实现能量的转化和控制。
比如，直流-直流变换器和直流-交流变换器的应用可以实现电池电能的转化，而高压直流传输系统则可以提高传输效率，实现能量的高效转化。
2、控制在新能源汽车中，电力电子技术主要用于电机控制、充电管理和能量回收等方面。
电机控制系统是新能源汽车的核心之一，也是实现车辆动力和操控的重要组成部分。
电力电子技术的应用可以实现电机的速度控制和扭矩控制，实现驾驶者对车辆的精准掌控。
在充电管理方面，电力电子技术可以实现电池的快速充电和智能化管理，同时能有效地延长电池的寿命。
此外，电力电子技术还可以实现能量的回收和再利用，降低能量的浪费，提高车辆的续航里程和能效。
3、可靠性和安全性在新能源汽车中，电力电子技术的应用不仅能够提高车辆的性能和效率，更能保障车辆的可靠性和安全性。
电力电子技术的应用可实现多层级、多重保护机制，在遭遇短路、过电压、过电流等故障时，及时切断电路，保障车辆和乘客的安全。
四、发展趋势目前，随着诸多新能源汽车技术的不断进步，电力电子技术在其中的应用也将不断发展。
未来，电力电子技术将主要体现在以下几个方面：1、高功率和高能效为了提高新能源汽车的性能和效率，电力电子技术需实现高功率和高能效。
目前，传统的功率器件已经无法满足此需求，因此，新的功率器件及其驱动电路正快速发展。
电力电子技术在新能源汽车中的研究与应用
电力电子技术在新能源汽车中的研究与应用随着全球能源和环境危机的日益加剧，新能源汽车正逐渐成为了一种趋势。
而伴随着新能源汽车的发展，电力电子技术也成为了新能源汽车中一个重要的组成部分。
本文将探讨电力电子技术在新能源汽车中的研究和应用。
第一节：电力电子技术在电动汽车中的应用电动汽车的核心是电机和电池，而电机控制则是由电力电子装置完成的。
电动汽车中使用的电子器件主要有功率二极管、功率晶体管、可控硅、功率集成电路等。
电力电子技术不仅可以控制电机的运转，还可以控制充电电流和电池的输出电流，实现电池的保护和充电输出的正常工作。
电动汽车所使用的电机有两种，一种是交流电机，另一种是直流电机。
交流电机主要包括异步电机和同步电机两种，而直流电机则包括直流电动机和直流无刷电机。
针对不同类型的电机，电力电子技术的应用也有所不同。
针对异步电机和同步电机，电力电子技术的应用主要是变频调速。
变频调速可以实现电机转速和扭矩的可调控，提高电机效率和性能。
而针对直流电机，电力电子技术的应用主要是直流电机启动和控制。
电动汽车的能源主要来自电池，而电池的使用寿命和稳定性是影响电动汽车性能和续航里程的主要因素。
电动汽车中的电池管理系统（BMS）主要由电力电子器件、电机控制器和传感器组成，它主要负责保护电池、实时监测电池的状态和控制电池的输出电流。
BMS的使用使得电池的使用寿命得以延长，并且可以提高电池的功率和能量利用率。
第二节：电力电子技术在混合动力车中的应用混合动力汽车是一种同时拥有燃油发动机和电动驱动系统的汽车，它在汽车行驶过程中既可以依靠燃油发动机提供动力，也可以依靠电动驱动系统提供动力。
而电力电子技术则是实现混合动力汽车模式切换和电力输出的关键技术之一。
混合动力汽车的电动系统分为串联混合动力和并联混合动力两种。
串联混合动力的电动系统主要是由一个电机和一个电池组成，而并联混合动力的电动系统则由多个电机和电池组成。
电力电子技术的应用在这两种系统中也有所不同。
新能源汽车电工电子与电力电子基础课件(中)
第一节 电动汽车电机
四、 电动汽车对电机的要求
（１） 过载能力要强 （２） 基速比要大 （３） 设计目标要求高 （４） 功率密度要高 （５） 可控性要好 （６） 工作环境差
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第二节 电动汽车永磁电机结构
一、 永磁无刷电机的优点
１） 电机转子由高磁能永磁材料制作， 对于给定的输出功率， 它的质 量和体积能够大大减小， 使得功率密度提高。 ２） 转子为永磁体， 转子铜损耗小于感应电机， 其效率高于感应电机。 ３） 电机发热主要集中在定子上， 易于采取散热措施。 ４） 永磁体没有其他励磁制造缺陷、 过热或机械损坏的限制， 因而可 靠性较高。
第五章 直流电机
知识目标
能说出简单有刷直流电机的工作原理。 能说出简单有刷永磁直流电机的有刷、 永磁和直流分别指什么说的。 能说出直流电机在加负载后的电流变化。
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技能目标
能更换汽车起动机。 能正确拆装汽车起动机。 能对汽车起动机进行必要的检查。 能说出汽车上大功率的有刷直流电机有哪些， 功率分别大约是多少瓦。 通过钳形电流表和万用表测量汽车起动工况时起动机的实际功率是多少
安全用电
三、 什么是安全电压
安全电压与工作领域有关， 我们所说的安全电压大小必须在一定的领域下 提出才是有效的。 比如是电动汽车领域， 还是变压器之后的工业交流用电领 域 （ ＴＮ 网络）。 因为它们的电网络是不同的， 变压器之后的工业交流用电 领域为 “ ＴＮ 网络”， 电动汽车为 “ ＩＴ ＋ ＴＮ 网络”。 网络不同导致安全 程度和防护方法不同。
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第二节 直流电机的基本原理
一、 直流电机的工作原理
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第二节 直流电机的基本原理
二、 直流电机的简单计算
电枢旋转后， 绕组的线圈边又因切割磁力线而产生感应电动势， 用右 手定则判断， 它的方向与绕组中的电流方向是相反的， 称为反电动势， 记作 ＥＣ。 因此， 直流电动机运转时，电枢中的电流为
电力电子在电动汽车中的应用
电力电子在电动汽车中的应用电力电子是现代电动汽车中不可或缺的核心技术之一。
本文将从电力电子在电动汽车中的应用方面进行探讨，分析其作用和优势，以及对电动汽车性能和可持续发展的影响。
一、电力电子技术概述电力电子技术广泛应用于电动汽车的各个环节，包括能量转换、传输和控制等方面。
其主要功能是将电能转换为适合电动汽车使用的形式，并对电动汽车的供电系统进行调控和保护。
1. 电能转换：电力电子技术可以实现电能的直流与交流之间的相互转换，其中最重要的是通过逆变器将储存在电池中的直流电能转换为交流电供电给电动机。
2. 能量传输：在电动汽车中，电力电子技术可以通过控制充电桩和电动汽车之间的直流或交流电能传输，实现电动汽车的充电和放电。
3. 系统控制：电力电子技术可以对电动汽车的供电系统进行控制和保护，例如通过控制器对电池的充放电进行管理，保证电池的使用寿命和安全性。
二、电力电子在电动汽车中的应用1. 电能转换系统电动汽车的核心部件之一是电动机，它需要将电能转换为机械能驱动车辆。
电力电子技术通过逆变器将储存在电池中的直流电能转换为交流电，供给电动机使用。
逆变器中的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）功率器件能够实现高效的电能转换，提高电动汽车的整体能效。
2. 充电系统电力电子技术在电动汽车的充电系统中起到重要作用。
充电桩通过充电机和电力电子变流器对电网的交流电进行变换和调节，将适合电动汽车充电的电能输出。
同时，电力电子调节和控制充电过程，实现对电动汽车充电速度和充电方式的灵活控制。
3. 驱动控制系统电力电子技术还在电动汽车的驱动控制系统中发挥作用。
电动汽车的驱动控制系统包括电池管理系统（BMS）、电机控制系统和车辆控制系统。
BMS利用电力电子技术对电池进行监测和管理，确保电池的安全和寿命。
电机控制系统通过电力电子技术对电机的转速、转矩进行控制，实现对电动汽车的动力输出和行驶特性的调节。
浅析电力电子技术在汽车领域的应用
浅析电力电子技术在汽车领域的应用1. 引言1.1 概述电力电子技术电力电子技术是一种利用电力器件将电能转换、控制和调整的技术。
它通过将电力器件如变流器、逆变器、整流器等集成电路应用于电力系统中，实现电能的高效转换和控制。
在汽车领域，电力电子技术的应用日益广泛，不仅可以提升汽车动力系统的性能和效率，还可以改善车辆的安全性、舒适性和节能减排性能。
电力电子技术在汽车领域的应用可以分为多个方面，包括在汽车动力系统中的作用、照明系统中的应用、辅助系统中的应用、安全系统中的应用以及节能减排系统中的应用。
这些应用使得汽车更加智能化、高效化和环保化，提升了汽车的整体性能和用户体验。
随着科技的不断进步和汽车行业的不断发展，电力电子技术在汽车领域的应用也将不断推陈出新。
在未来，电力电子技术有望在汽车行业中发挥更加重要的作用，为汽车的智能化、电动化和节能减排等方面提供更多创新解决方案。
电力电子技术在汽车领域的未来发展趋势将会更加多样化和个性化，为汽车行业注入更多活力和动力。
1.2 介绍汽车领域的应用在汽车领域，电力电子技术的应用已经变得非常广泛。
从汽车的动力系统到照明、辅助、安全以及节能减排系统，电力电子技术都有着不可替代的角色。
在汽车动力系统中，电力电子技术通过控制发电机、电池和电动机的工作，实现能量的高效转换和利用，提高汽车的动力输出和驾驶性能。
在照明系统中，LED灯具和亮度可调光源等技术的应用，使汽车照明更加节能高效且光线更加明亮均匀，提升了行车安全和驾驶舒适性。
在辅助系统中，电力电子技术广泛应用于空调、电动窗户、电动座椅等设备的控制和驱动，提升了汽车的舒适性和便利性。
在安全系统中，电力电子技术通过电子稳定控制系统、防抱死制动系统等装置的协调工作，提升了汽车的稳定性和防护性。
在节能减排系统中，电力电子技术的应用使汽车动力系统更加高效，实现了汽车的节能减排目标，降低了对环境的影响。
电力电子技术在汽车领域的应用已经成为汽车制造的一个重要组成部分，对汽车行业的发展起着至关重要的作用。
电力电子技术在电动汽车中的应用
动车轮，根据情况来运用这两个动力源，由于动力源 是并行的，故称为并联式混合动力系统。
混联式也称串并联式，它可以最大限度地发挥串 联式与并联式的各自优点，丰田的Prius系列的混合动 力系统采用的就是这种工作方式。工作时，利用动力 分配器分配发动机的动力：一方面直接驱动车轮，另 一方面自主地控制发电。由于要利用电能驱动电动机， 所以与并联式相比，电动机的使用比率增大了。
2、各种类型电动汽车特点及其发展
▪ 根据所使用的动力源不同，电动 汽车大致可分为三类：蓄电波电 动汽车或纯电动汽车(Battery Electric Vehicle)、以氢气为能源 的燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle）和混合动力电 动汽车（Hybrid Electric Vehicle）。
▪ 混合动力电动汽车是同时采用了电动机和 发动机作为其动力装置，通过先进的控制 系统使两种动力装置有机协调配合，实现 最佳能量分配，达到低能耗、低污染和高 度自动化的新型汽车。自1995年以来， 世界各大汽车生产商已将研究的重点转向 了混合动力电动汽车的研究和开发，日本、 美国和德国的大型汽车公司均开发了包括 轿车、面包车、货车在内的混合动力电动 汽车。
8、HEV对电力电子技术的要求
受实际运用条件的限制，要求混合动力电动汽车用电 力电子技术及装置应具有成本低、体积小、比功率大、 易于安装的特点。除此之外，下面的技术细节需进行 重点考虑： （1） 电力电子装置密封问题 各种车用电力电子装置必须要进行有效的密封，以耐 受温度和振动的影响，并能防止各种汽车液体的侵入。 （2）电磁兼容/电磁干扰（EMC/EMI）问题 混合动力电动汽车是一个相对狭小的空间，里面包含 有各种控制芯片和弱电回路，因此在进行车载电力电 子装置设计时，为了消除将来的事故隐患，必须要很 好的研究并解决EMC/EMI问题。
《智能电网电动汽车》课件
通过智能充电设施的 建设和推广，促进电 动汽车的普及和应用 。
03
智能电网电动汽车的关键技术
电池技术
电池管理系统
确保电池的安全使用， 提高电池的寿命和效率
。
能量密度
提高电池的能量密度， 以增加电动汽车的续航
里程。
充电速度
缩短充电时间，提高充 电便利性。
成本
降低电池成本，使电动 汽车更具有市场竞争力
市场机遇
随着环保意识的提高和技术的进步，电动汽车市场将迎来更 大的发展空间。同时，政府政策的支持也将为电动汽车市场 的发展提供有力保障。
市场挑战
电动汽车市场的挑战主要来自于基础设施建设、续航里程、 充电时间等方面的问题。此外，与传统汽车相比，电动汽车 的购车成本也较高，需要更多的消费者接受和认可。
05
02
智能电网与电动汽车的关联
智能电网对电动汽车的影响
智能电网能够提供稳定、可靠 的电力供应，为电动汽车充电 提供保障。
智能电网能够优化电力资源配 置，降低电动汽车充电成本。
智能电网能够实现智能调度和 需求响应，提高电动汽车充电 的便利性和效率。
电动汽车对智能电网的贡献
电动汽车作为智能电网的重要组 成部分，能够提供可观的电力需
。
充电技术
充电设施
建设便捷、快速的充电设施， 满足不同用户的需求。
充电网络
构建覆盖广泛的充电网络，提 高电动汽车的使用便利性。
充电协议
统一充电协议，实现不同品牌 和型技术实现充电的自动 化和个性化。
智能驾驶技术
自动驾驶
实现汽车的自动驾驶功能，提高行驶的安全 性和舒适性。
求。
电动汽车可以作为储能单元，对 智能电网的稳定运行起到调节作
2024版《电力电子技术》PPT课件
电力电子技术的定义与发展01020304定义晶闸管时代可控硅时代现代电力电子时代用于高压直流输电、无功补偿、有源滤波等，提高电力系统的稳定性和效率。
用于电动汽车、电动自行车、电梯等电机驱动系统，实现高效、节能的电机控制。
用于太阳能、风能等新能源发电系统，实现能源的高效利用和转换。
用于自动化生产线、机器人等工业设备，实现设备的精确控制和高效运行。
电力系统电机驱动新能源工业自动化数字化与智能化随着计算机技术和人工智能的发展，电力电子技术将实现数字化和智能化，提高系统的自适应能力和智能化水平。
高频化与高效化随着半导体材料和器件的发展，电力电子技术将实现更高频率和更高效率的电能转换。
绿色化与环保化随着环保意识的提高，电力电子技术将更加注重绿色、环保的设计理念，降低能耗和减少对环境的影响。
工作原理特点应用整流电路、续流电路等工作原理通过门极触发导通，无法自行关断特点耐压高、电流大、开关速度快应用直流电机调速、交流调压等工作原理特点应用工作原理特点应用逆变器、斩波器、电机驱动等工作原理特点应用工作原理开关速度快、耐压高、电流大、热稳定性好应用逆变器、斩波器、电机驱动等高端应用领域特点VS整流电路的作用整流电路的分类整流电路的工作原理整流电路的应用整流电路逆变电路逆变电路的作用逆变电路的分类逆变电路的工作原理逆变电路的应用直流-直流变流电路直流-直流变流电路的作用直流-直流变流电路的分类直流-直流变流电路的工作原理直流-直流变流电路的应用交流-交流变流电路交流-交流变流电路的作用交流-交流变流电路的工作原理A B C D交流-交流变流电路的分类交流-交流变流电路的应用电机驱动照明控制加热与焊接030201一般工业应用交通运输应用电动汽车驱动轨道交通牵引航空电源电力系统应用高压直流输电柔性交流输电通过电力电子技术可实现高压直流输电，减少输电损耗和占地面积。
智能电网风能发电通过电力电子技术可实现风能发电系统的变速恒频控制和并网运行。
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6、PWM控制的电压型逆变器
目前，电动汽车普遍采用PWM控制的电压型逆变器， 这种逆变器具有线路简单、效率高的特点，同时PWM 逆变器呈现出以下几种发展趋势： （1） 通常采用IGBT器件，工作频率高，并减少了低 频谐波分量和起动是的电流冲击，当前国外应用的最高 开关频率已达20kHz； （2） 电机额定频率相应提高了，扩大了调速范围，在 更好地满足运行要求的同时，减少电机的体积和重量， 提高功率比。目前国外电动汽车专用电机的最高额定频 率已达500Hz； （3） 采用DSP为核心的计算机控制系统，能够实现可 靠的矢量控制和运算，电机可做到快速恒力矩起动及弱 磁高速运行，这种控制系统稳定，电流冲击小，控制效 率高。
7、DC—DC升压变换器单元
在THS中，蓄电池通过逆变器直接与电机和发电机相连；而THSⅡ中，蓄 电池组输出的电压首先通过DC—DC升压变换器进行升压操作，然后再与 逆变器相连，因此逆变器的直流母线电压从原THS的220V提升为现在的 500V。
图9为THSⅡ系统中能量 交换示意图，图9中发电 机的功率为30kW，蓄电 池组的瞬时功率为20kW， 两者联合起来为50kW的 电机提供能量；图9中升 压变换器的容量也被设 计为20kW。
高压电源电路、各种逆变器和14V蓄电池用 辅助DC-DC变换器组成了功率控制单元，该单元 集成了DSP控制器、驱动和保护电路、直流稳压 电容、半导体、绝缘体、传感器、液体冷却回路 以及和汽车通信的CAN总线接口。
5、电动机/发电机用逆变器单元
在Prius THS Ⅱ主驱动系统中，电动机和 发电机所用三相电压型逆变器（功率分别 为50kW和30kW）被集成一个模块上。逆 变器的电气结构图如图7所示，直流母线 最大供电电压被设定为500V。功率器件选 用带有反并联续流二极管的商用IGBT （850V/200A），该功率等级的IGBT具有 足以承受最大500V反压的能力，以及其它 诸如雪崩击穿、瞬时短路的能力。
电力电子技术在电 动汽车中的应用
1、电动汽车简介
当前世界汽车产业正处于技术革命和产业大调整 的发展时期，安全、环保、节能和智能化成为汽车界 共同关心的重大课题。为了使人类社会和汽车工业持 续发展，世界各国尤其是发达国家和部分发展中国家 都在研究各种新技术来改善汽车和环境的协调性。
电动汽车作为21世纪汽车工业改造和发展的主要 方向，目前已从实验开发试验阶段过渡到商品性试生 产阶段，世界上许多知名汽车厂家都推出了具有高科 技水平的安全或环保型号概念车，目的是为了引导世 界汽车技术的潮流。
2、各种类型电动汽车特点及其发展
▪ 根据所使用的动力源不同，电动 汽车大致可分为三类：蓄电波电 动汽车或纯电动汽车(Battery Electric Vehicle)、以氢气为能源 的燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle）和混合动力电 动汽车（Hybrid Electric Vehicle）。
▪ 纯电动汽车是单独依靠蓄电池供电的，但 目前动力电池的性能和价格还没有取得重 大突破，因此，纯电动汽车的发展没有达 到预期的目的；
▪ 燃料电池电动汽车具有能量转化率高、不 污染环境、使用寿命等不可比拟的优势。 但是由于目前燃料电池技术和研究还没有 取得重大突破，燃料电池电动汽车的发展 也受到了限制。
8、DC—DC降压变换器单元
通常汽车中各种用电设备由14V蓄电池组供电（额定电压为12V）， Prius也选用了14V蓄电池组作为诸如控制计算机、车灯、制动器 等车载电气设备的供电电源，而对该蓄电池的充电工作则由直流 220V通过DC—DC降压变换器来完成的，变换器的电路图如图10 所示。变换器的容量为1.4kW(100A/14V)，功率器件选用压控型 商用MOSFET(500V/20A)，每个MOSFET芯片的面积为49mm2 （7mm×7mm）。
日本丰田汽车公司
▪ 以作为混合动力电动汽车研发前沿的丰田汽车公司为例， 所开发的混合动力电动汽车已达到实用化水平，自 1997年所推出的世界上第一款批量生产的混合动力电 动汽车Prius开始，其后又在2002年推出了混合动力面 包车，该车混合动力系统采用了世纪首次批量生产的电 动四轮驱动及四轮驱动力/制动力综合控制系统。2003 年，丰田又推出了新一代Prius，也被称为“新时代丰 田混合动力系统——THS Ⅱ”（见图1），节能效果可 达到100km油耗不足3L。从2004年开始，丰田公司向 欧洲市场推出了一款新的Lexus RX型豪华混合动力轿 车。丰田公司计划2012年全部采用汽油电力混合发动 机，以提高燃油经济性和降低排放污染。
3、混合动力电动汽车分类及特点
▪ 根据按照发动机与电动机的不 同组合工作方式，混合动力电 动汽车主要可以分为三类：串 联式、并联式和混联式，基本 结构如下图
4、 HEV常用的电力电子技术及装置
结合丰田新一代混合动力系统THS Ⅱ，具体 研究发电力电子技术在HEV中的应用情况。 THSⅡ的整车电气驱动系统主要由采用AtkinSon 循环的高效发动机、永磁交流同步电动机、发电 机、动力分配装置、高性能镍金属氢化物（NI— MH）电池、控制管理单元以及各相关逆变器的 DC—DC变换器等产件组成。
▪ 混合动力电动汽车是同时采用了电动机和 发动机作为其动力装置，通过先进的控制 系统使两种动力装置有机协调配合，实现 最佳能量分配，达到低能耗、低污染和高 度自动化的新型汽车。自1995年以来， 世界各大汽车生产商已将研究的重点转向 了混合动力电动汽车的研究和开发，日本、 美国和德国的大型汽车公司均开发了包括 轿车、面包车、货车在内的混合动力电动 汽车。