对于我国新能源汽车产业来说，2020年是一个重要的窗口期和提升国际竞争力的关键期。2020年之后，随着补贴的退出，外资、合资品牌将会发力，届时留给国内企业提升核心竞争力的时间并不多，未来5年是我国新能源汽车产业发展的关键期。

我国将电动汽车的发展上升为国家战略，得到了包括汽车零部件、互联网、电子电力等相关行业企业和投资者的积极响应。经历导入期的磨炼之后，企业逐渐找到了感觉，看清了机会和前景，将发展电动汽车作为公司发展战略的重心，很多企业已经由“试试看”转向了“铁了心干”。短短几年，我国的电动汽车产品已经从燃油车改装走向了正向设计。2015年以来，已经有10余家企业发布了电动车发展战略，比如上汽的“绿芯”战略、北汽的“卫蓝计划2.0”战略、吉利的“蓝色吉利行动”计划等等。






而电动汽车的发展也为我国零部件企业带来了新机遇，能否抓住弯道超车的机会，提高核心竞争力，重新定位自身在电动汽车领域的地位，是各大企业必须思考的重要问题。

首先，零部件是一个相对稳定的巨大市场。在汽车产业链中，整车与零部件处在不同的位置，整车是品牌企业，面对最终用户，竞争最为激烈。而零部件是中间产品，它面对的是多家整车企业。目前，一辆车的成本中，外购零部件要占到一半以上。因此，汽车零部件是一个非常巨大的市场，只要汽车市场的总体状况没有大的变化，零部件市场就会相对稳定。因此有人说，宝马、奔驰如果离开了博世可能要关门，但是没有了奔驰、宝马，博世却不会关门。

其次，很多零部件都是密集型产品，汽车大量的核心技术都在零部件领域。从100多年汽车产业发展的情况看，正是零部件企业在技术上的一次次突破，推动了汽车产品水平的提高。比如，防抱死刹车、子午线轮胎、汽油喷射、安全气囊、GPS导航等等，都出自于零部件企业的创新，某种意义上说，整车企业对零部件有很强的依赖性。

如今，燃油车的零部件板块已经被固化，而电动汽车正在深刻改变着整个零部件体系，这给中国企业带来了机会。比如，电池、电驱动、电控方面所涉及的硬件和软件，转向助力、空调等功能部件的电动化，车身轻量化设计的新材料、新零部件和新工艺，充电设施涉及的电子电力，自动驾驶涉及的感知传感元器件、操作执行器件以及计算信息传输、导航、防碰撞等所涉及的硬件和软件等。特别是电动汽车的智能化到最终的无人驾驶，扩大了整个零部件的范围，零部件的概念和范畴正在改变。而这些领域几乎都是空白，技术的壁垒尚未形成，技术路线还有多种选择，存在着巨大的创新空间，给新的进入者提供了众多的机会，也为中国零部件企业的发展带来了历史性机遇。

最近，英特尔公司并购了一家以色列的高科技企业，这家企业研发出一种基于视频的软件，在无人驾驶中用于巡航和防碰撞，具有很强的竞争力。英特尔公司为并购这家企业花了153亿美元，也就是说，与汽车相关的配套零部件一旦有了新的突破，就会具有很高的溢价能力。

在传统燃油车领域，中国的零部件企业缺乏创新能力，在产业发展中处于跟随地位，一直处在拼价格的困境中，导致的结果是利润率非常低，低利润率又使得企业没有足够的经济能力去专注于再研发，所以在低端产品上徘徊很多年。

但电动汽车产业的发展带来了零部件方面的新需求，目前还没有形成壁垒，要改变我国零部件产业的困境和发展状态，这是一个绝佳的机会。我们应当通过技术创新开发出自主技术的产品，从而提高溢价能力，获得高收益。

因此，电动汽车的发展必须要汲取燃油车发展的经验，绝不能走技术空心化的道路，面对新的形势应该持续加大零部件创新和研发力度，零部件不仅必须要与整车同步，而且必须有超前的技术准备，这一点非常重要。现在中国缺的恰恰是具有技术实力、创新能力、掌握核心技术的零部件企业。中国作为全球最大的汽车产销国，在新能源汽车快速发展中应当也必须成长出一批高水平的、具有竞争力的零部件公司。目前，万向、福耀玻璃等企业已走在前面，而后起的宁德时代、精进电机、科力远动力、汇川技术等众多企业也正在跃跃欲试。

不过，我国企业也要认真提高零部件产品的质量。汽车是一个高价值耐用品，涉及人身和财产安全，零部件企业要用科学严谨的流程保障产品质量。按照“中国制造2025”的路线，首先要在关键环节实现自动化，减少人对质量的干预，目前电池等一些产品供不应求，有些产品为了短期利益追求产量、放松了质量，这是非常危险的。最近，高田安全气囊召回事件再次证明，质量上的“差不多”是绝对不行的，质量管理是企业的核心竞争力，产品质量这个坎过不去企业就没有希望。我们应当抓住当前新能源汽车供应链重建的机会，做强、做大零部件企业，为中国新能源汽车健康发展提供有力的支撑。
 
 
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中国新能源汽车明确纯电动驱动技术路线以后，驱动电机的选配设计就显得尤为重要了。下面就电动汽车驱动电机的选配原则予以探讨。

一、纯电动汽车驱动形式

车载内燃机输出的动力直接来驱动汽车运动（前行或后退），这个内燃机在汽车行业内被称之为发动机。发动机是一种与汽车运动联接在一起的车载内燃机。发动机与一般的内燃机相比，有了更多工况特性。可以说，发动机是一种特别的内燃机。

发动机驱动汽车运动的形式不同，于是发动机裂变成了不同类别。主要是按发动机在汽车中的安放不同位置来划分的，有前置发动机、中置发动机、后置发动机三种。

由于发动机在汽车的位置不同，发动机驱动汽车又可以细分，主要有前置发动机前驱，前置发动机后驱，后置发动机后驱三种等。纯电动驱动即电动机代替发动机驱动了，如果车上有内燃机也不再参加驱动汽车，这个内燃机就不是发动机了。

按电机驱动形式，目前有前置电机、中置电机、后置电机、轮边电机、轮毂电机等多种。

二、驱动汽车的电机特性

发动机是驱动汽车的内燃机，驱动汽车的电机，暂时叫它驱动电机吧，这是相对工厂里用电机而言的。

（1）由于电动汽车频繁的启动/停车、加速/减速，对驱动电机转矩控制的动态性能要求较高，动态性能越好，电机技术水平越高；

（2）设计电动汽车，希望要求减少整车的重量，取消多级变速器，要求电机可以提供较高的转矩，通常来说要能够承受4-5倍的过载；

（3）驱动电机不仅要求保持较高的运行效率，同时要求调速范围尽量大；

（4）电动汽车要求制动能量回收功能，再生制动回收的能量一般要达到总能量的10%-20%，这个任务是由电机来完成的。这就要求电机不仅驱动性能好，还要兼顾发电机的功能，且要求发电效率高。

（5）相对工厂而言，电动汽车运动环境更加恶劣、复杂，防尘、防水、防尘等要求更高。这个说明，驱动电机必须要求到达汽车级，一般工业级电机是不能直接用于汽车的。

（6）电动汽车内部相对空间狭小，要求驱动电机重量轻、体积小。

三、约束驱动电机的主要指标

(1)加速能力(s)：电动汽车从静止加速到一定的时速所需要的最小时间；

(2)最高时速(km/h)：电动汽车所能达到的最高时速。

(3)最大行驶里程(km)：电动汽车在电池充满电后的最大行驶里程。

(1)加速能力(s)、(2)最高时速(km/h)是对驱动电机的直接性能指标，(3)最大行驶里程(km)要求驱动电机能做到最大限度的节能。其中，(1)加速能力(s)、(2)最高时速(km/h)是关键指标。

四、目前电动汽车常用驱动电机比较

1）直流电动机

①直流电动机外形图及内部结构（见图1、图2）






②优点：电机技术较为成熟，有着控制方式容易，调速优良的特点。

③缺点：机械结构。如电刷和机械换向器等；瞬时过载能力不足；电机转速提高受到限制；在长时间工作时，电机的机械结构会产生损耗，提高了维护成本；电动机运转时电刷冒出的火花使转子发热，浪费能量，散热困难，也会造成高频电磁干扰。

④基本趋势：直流电机，在调速电动机领域内有着最为广泛的应用，早期大部分的电动汽车都采用直流电动机作为驱动电机。但是其缺点较为明显，长期无法克服，目前的电动汽车已经基本将直流电机淘汰。

2）交流异步电动机

①交流电动机外形图及内部结构（见图3、图4）











②优点：定、转子由硅钢片叠压而成，两端用铝盖封装，定、转子之间没有相互接触的机械部件，结构简单，运行可靠耐用，维修方便。与同功率的直流电动机相比效率更高，质量约轻了二分之一左右。如果采用矢量控制的控制方式，可以获得与直流电机相媲美的可控性和更宽的调速范围。交流异步电机具有效率高、比功率较大、适合于高速运转等优势。

③缺点：高速运转的情况下电机的转子发热严重，工作时要保证电机冷却，同时异步电机的驱动、控制系统很复杂，电机本体的成本也偏高。与永磁式电动机和开关磁阻电机相比，异步电机的效率和功率密度偏低，对于提高电动汽车的最大行驶里程不利。

④基本趋势：交流异步电机是目前工业中应用十分广泛的一类电机，已经大规模化生产。目前不少电动汽车厂家选用交流异步电机作为启动电机，基本控制采用矢量控制的控制方式。在大型电动公交车上的应用上，交流异步电机生命力较强。

3）永磁式电动机

①永磁式电动机外形图及内部结构（见图5、图6）






②分类：永磁式电动机根据定子绕组的电流波形的不同可分为两种类型，一种是无刷直流电机，它具有矩形脉冲波电流；另一种是永磁同步电机，它具有正弦波电流。

③优点：这两种电机在结构和工作原理上大体相同，转子都是永磁体，减少了励磁所带来的损耗，定子上安装有绕组通过交流电来产生转矩，所以冷却相对容易。由于这类电机不需要安装电刷和机械换向结构，工作时不会产生换向火花，运行安全可靠，维修方便，能量利用率较高。永磁式电动机的控制系统相比于交流异步电机的控制系统来说更加简单。

④缺点：永磁电机最大的缺点是受到永磁材料工艺的限制，使得永磁式电动机的功率范围较小，一般最大功率只有几十千瓦。同时转子上的永磁材料在高温、震动和过流的条件下，会产生磁性衰退的现象，所以在相对复杂的工作条件下，永磁式电机容易发生损坏。而且永磁材料价格较高，因此整个电机及其控制系统成本较高。

⑤基本趋势：目前永磁电机在电动汽车里已经是主流电机。

4）开关磁阻电机

①开关磁阻电机外形图及内部结构（见图7）






②优点：开关磁阻电机的结构最为简单，定、转子均为普通硅钢片叠压而成的双凸极结构，转子上没有绕组，定子装有简单的集中绕组，具有结构简单坚固、可靠性高、质量轻、成本低、效率高、温升低、易于维修等诸多优点。

③缺点：开关磁阻电机作为一种新型电机，目前产品性能有待完善和提升。

④基本趋势：相比其他类型的驱动电机而言，它具有直流调速系统的可控性好的优良特性，同时适用于恶劣环境，非常适合作为电动汽车的驱动电机使用。

⑤基本结论：作为电动汽车驱动电机使用，直流电机和永磁式电机在结构和面对复杂的工作环境适应性太差，很容易发生机械和退磁的故障。开关磁阻电机应用到电动汽车是必然的趋势。

六、电动汽车驱动电机的选配原则

1）用技术成熟的，但是不能用技术淘汰的产品；

2）用最新技术的，但是性能要稳定的产品；

3）当下电动物流专用车原则上选用永磁同步电机；

4）电动车大客车原则上也选用永磁同步电机，不过选用采用矢量控制的控制方式交流异步电机，也是一种较好的方案。

七、基本结论

1）早期的直流电机基本淘汰了，即使无轨电车基本也不用了；

2）积极尝试采用开关磁阻电机，当下不宜批量采用；

3）当下电动物流专用车，不宜批量采用矢量控制的控制方式交流异步电机；

4）电动车大客车原则上，8米的客车建议用永磁同步电机，10米以上的电动客车，是采用矢量控制的控制方式的交流异步电机，还是采用永磁同步电机？有必要添加更多的参考因素，再做进一步的论证。
 
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日产汽车将与具有资本合作关系的法国雷诺和三菱汽车在纯电动汽车（EV）领域统一作为汽车基本结构的底盘。此外，电池等也将实现通用化，力争与日产的现行款纯电动车相比，价格降低2成左右，降至200～250万日元。随着环保规定的强化，德国大众（VW）和丰田也在积极加强纯电动车。领先的日产希望将价格降至与汽油车相当的水平，以甩开竞争对手的追赶。

   日产2010年12月率先在全球推出了量产型纯电动车“LEAF（中国名：聆风）”。此外，2012年雷诺也推出了小型纯电动车“zoe”。全球累计销量总计超过37万辆。不过，此前纯电动车的设计与开发由两家公司单独展开，聆风的价格最低约280万日元，与同级别的汽油车相比高出50万日元左右。

  为此，雷诺和三菱汽车今后将停止纯电动车用底盘的自主开发，统一采用日产在2018年之前推出的下一代聆风的底盘。3家公司除了马达和逆变器之外，被认为占纯电动车成本约4成的车载电池的性能参数也将推进通用化，以将价格降至丰田“卡罗拉”高端车型的水平。

 底盘统一之后，外观和内饰等仍由各公司个别进行设计，维持品牌的自主性。

 今年春季，美国特斯拉汽车开始接受售价最低约400万日元的高档小型轿车“Model 3”的预订，在1周时间里获得了超过32万辆的订单，在世界范围内获得了超过日产和雷诺的人气。而在推动纯电动车普及的中国，当地的新兴企业比亚迪（BYD）等正在崛起，因此日产汽车等决定降低价格，以推动销售。
 
 
 
 
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永磁同步电动机广泛用在电动汽车作为牵引电机，本课件通过一个模型介绍电动汽车用永磁同步电机的基本结构。

电机采用三相8极结构，电机的定子铁芯与交流异步机相似，在铁芯内圆周有48个嵌线槽，见图1。

转子采用内置永磁体结构，在铁芯内开有插装永磁体的槽，在永磁体两侧有隔磁的空气槽以减小漏磁，见图1右图。







图1--永磁同步电机定子铁芯与转子铁芯 

图2是定子铁芯与转子铁芯的立体图，在左图中显示了尚未完全插入永磁体的转子铁芯。





图2--永磁同步电机定子铁芯与转子铁芯立体图

定子铁芯嵌有三相绕组，按照8极48槽双层叠式绕制，图3是嵌好绕组的铁芯。






图3—嵌好绕组的永磁电机定子铁芯

定子安装在机座内，机座是整个电机安装的基础，机座壁内有冷却水通道，通道是螺旋状环绕机座，分两层制作，两个冷却水管接头是冷却水的进出口，见图4。

在机座两端有端盖，端盖封闭电机并支撑转子，前端盖是传动端的端盖，后端盖是非传动端的端盖，见图4。






图4—机座与端盖

图5是机座装入定子与绕组的剖视图。






图5—同步电机机座与定子铁芯与绕组

转子铁芯插入永磁体后用挡板压紧，压入转轴与轴承，见图6。汽车电机功率一般在100kW以下，转子发热量很小，定子通过水冷可很好散热，无需用风扇散热。






图6—永磁同步电机转子

把转子插入定子铁芯，封好端盖，电机就组装完成，图7是永磁同步电机的剖视图。






图7--永磁同步电机的剖视图

为提高电机效率，提高调速精度，在电机非传动端轴端安装位置与速度检测装置 ，主要采用光电编码器或旋转变压器来实现，本模型没有相关装置，有兴趣者请另找参考资料。






图8是永磁同步电机外观图。
 
 
 
 
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随着中国监管机构展开行动防治污染和能源浪费，梅赛德斯-奔驰计划在这个全球最大的汽车市场修建一家电池厂并生产EQ电动汽车。“实现中国生产本土化是我们的策略，电动汽车也是如此，”奔驰母公司戴姆勒的中国业务主管Hubertus Troska周一晚间在记者会上表示。“中国政府的战略目标是鼓励发展电动汽车，以改善空气质量，同时减少对石油进口的依赖。“

汽车生产企业扩大电动汽车占比的压力今年变得更加紧迫，中国政府之前表示正考虑实施积分制度，要求“新能源汽车”（其中也包括电动汽车）的积分比例到2018年要达到8%，之后两年还会依次提升。随着政府对电动汽车提供补贴同时对高油耗汽车征税，电动汽车在中国的销量不断上升。

鉴于在华销售在其利润中所占份额日益上升，从大众到通用等汽车生产商纷纷提升在华产量。奔驰在华销售的汽车大多已实现本土化生产，其中包括颇受中国买家欢迎的加长版E级和C级轿车。该公司还使用本地厂家供应的电池生产插电式混合动力C级车。

奔驰今年9月宣布将投资100亿欧元（108亿美元）开发电动汽车，计划推出至少10款纯电动车型，其中全新EQ子品牌旗下的一款跨界SUV将在2020年底前推出。戴姆勒拨出10亿欧元专款用于扩大电池生产，到目前为止已投资5亿欧元用于将德国卡门茨的产能提高一倍。

奔驰今年势将取代宝马成为全球最畅销的豪华品牌，而跟上中国快速变化的监管规定对于维持奔驰的增长至关重要。今年1-11月，奔驰在其增长最快的主要市场--中国的销量增长28%至429，325辆。Troska表示，虽然明年扩张步伐可能放缓，但全新E级商务车有望销售强劲，公司前景“极其乐观”。

Troska说，在中国销售电动汽车会遇到和其他地区同样的问题，包括为居民建立有效的充电网络和扩展电池的续航里程等。

“大约五年后，我们就会看到能否见效，”Troska说。

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本文写的是一辆八座电动观光汽车的总体设计。首先是对大量电动汽车资料的查阅，然后从电机的选择，电池的选择着手，根据题目的要求，进行一系列的计算最后得出满足行驶要求的电机和电池。在选好电机和电池后，和设计燃油汽车的底盘一样，并同时综合电动汽车的结构特点，对汽车的传动系统，行驶系统，转向系统，制动系统进行一一分析和设计。在这为电动汽车设计底盘的过程中，要特别注意电动汽车与燃油汽车不同的地方。在我所设计的这辆低速的观光电动车上，它的传动系很简单，没有传统的离合器和变速器，也没有万向传动系统，是电机直接和主减速器用齿轮啮合直接连接，这样使得整个底盘的空间大大增加，整个底盘的布置也可以变的更加自由了。最后在这些的基础上，利用计算所得数据，对汽车进行总布置设计。
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电动汽车电路发生故障主要有短路、短路、电气设备的损害等。为了能迅速准确地诊断故障，下面介绍几种常用的诊断方法。






电动汽车电路

1.直观诊断法

电动汽车电路发生故障时，有时会出现冒烟、火花、异响、焦臭、发热等异常现象。这些现象可通过人的眼、耳、鼻、身感觉到，从而可以直接判断出故障所在部位。

例如电动汽车行驶中，突然发现转向灯与转向指示灯均不亮。用手一摸，发现闪光器发热烫手，说明闪光器已被烧坏。

2.断路法

电动汽车电路设备发生搭铁（短路）故障时，可用断路法判断。即，将被怀疑有搭铁故障的电路段断路后，根据电气设备中搭铁故障是否还存在，判断电路搭铁的部位和原因。

如电动汽车行驶时，听到电喇叭长鸣，则可以将继电器“按钮”接线柱上的导线拆开。此时电喇叭停鸣，则说明喇叭按钮至继电器这段电路中有搭铁现象。
 
3.短路法

电动汽车电路中出现断路故障，还可以用短路法判断。即，将被怀疑有断路故障的电路短接，观察仪表指针变化或电气设备工作状况，从而判断出该电路中是否存在断路故障。

例如，怀疑电动汽车电路中的各种开关有故障，可以有导线将开关短接来判断开关是好是坏。

 4.试灯法

试灯法就是用一只电动汽车用灯泡作为试灯，检查电路中有无断路故障。

例如，用试灯的一端和交流发电机的“电枢”接线柱连接，另一端搭铁。如果灯不亮，说明蓄电池至交流发电机“电枢”接线柱间有断路现象；若灯亮，说明该断电路良好。

 5.仪表法

观察电动汽车仪表板上的电流、水温表、燃油表、表机油压力表等的指示情况，判断电路中有无故障。

例如，发动机冷态，接通点火开关时，水温表指示满刻度位置不动，说明水温表传感器有故障或该线路有搭铁。
 
6.高压试火法

对高压电路进行搭铁试火，观察电火花状况，判断点火系统的工作情况。具体方法是：取下点火线圈或者火花塞的高压导线，将其对准火花塞或缸盖等，距离约5mm，然后接通起动开关，转动发动机，看其跳火情况。如果火花强烈，呈天蓝色，且跳火声较大，则表明点火系统工作基本正常；反之，则说明点火系统工作不正常。
 
7.低压搭铁试火法

即拆下用电设备接线的某一线端对电动汽车的金属部分（搭铁）碰试而产生火花来判断故障。这种方法比较简单，是电动汽车电工经常使用的方法。搭铁试火发可分为直接搭铁和间接搭铁两种。

所谓直接搭铁，是未经过负载而直接搭铁产生强烈的火花。例如，我们要判断点火线圈至蓄电池一端电路是否有故障，可拆下点火线圈上连接点火开关的接头，在电动汽车车身或车架上刮碰，如果有强烈的火花，则说明该电路正常；如果无火花，说明该电路出现了断路。

间接搭铁是通过电动汽车电器的某一负载而搭铁产生微弱的火花来判断线路或负载是否有故障。

例如，将传统点火系统断电器连接线搭铁（回路经过点火线圈初级绕组），如果有火花，说明这段线路正常；如果无火花，则说明电路有短路。

8.仪器法

随着电动汽车电气设备的日趋复杂，在维修中，特别是维修装置电子设备较多的车辆，使用一些专用的仪器十分必要的。
 
 
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弱混   代表车型：本田CR-Z Hybrid
“弱混”车型的工作状态是车辆在启动时电动机开始工作，汽油发动机并没有点火工作，所有的设备工作都是依靠电动机来提供动力。当你松开制动踏板踩下油门起步时，汽油发动机才会启动工作。

当深踩油门加速时，汽油发动机和电动机将同时协同工作，让提速变得更加明显。当车辆在高速行驶时动力则完全来自汽油发动机，也就是说电动机只是在汽车加速时介入。

如果当前方遇到红灯用户踩下刹车减速时，电动机将变身为发电机，它回收损失掉的动能，并以电能的形式存于蓄电池中。在车辆停稳怠速时，汽油发动机将会关闭，此时只有电动机工作，这就避免了怠速时所产生的高油耗，同时也实现了零油耗和零排放，之后在车辆起步时又会再次重复上面的工作流程。

强混    代表车型：丰田普锐斯

和“弱混”相对的技术就是“强混”，其特点是动力系统以电动机为基础动力，汽油发动机为辅助动力。与“弱混”不同的是“强混”电动机的功率更为强大，完全可以满足车辆在起步和低速时的动力要求。因此“强混”车型无论是在起步还是低速行驶状态下都不需要启动发动机，仅依靠电动机都可以完全胜任，在低速状态下完全就是一款“电动车”的姿态。

当踩下油门加速时，随着速度的提升汽油发动机就会启动和电动机通过智能系统来协同高效的工作。当车速达到汽油发动机的经济时速时，汽油发动机的优势得以全面发挥，并成为车辆的主要动力来源，同时汽油发动机产生多余的能量会用来带动发电机为电池充电。

在急加速和全速运行状态下车辆需要极大的驱动力，因此电动机也会全速运行协同高速运转的汽油发动机同时发挥两者的最大性能，进而达到1+1的效果。当遇到状况刹车时，汽油发动机和电动机就会立即停止动力供应，达到节约燃油和电能的目的，同时利用车辆动能带动发电机为电池充电。

“强混”车型主要节油环节除了拥有“弱混”特点之外，其还具有在车辆起步和低速行驶时完全依赖电动机驱动的能力，能很好解决城市行车中起步、停车、再起步时的油耗很高的问题。

双模   代表车型：比亚迪秦

所谓“双模”就是在电动车系统（EV）的基础上又加入了一个混合动力系统（HEV），“双模”可以说是“强混”的升级加强版。

增程   代表车型：通用雪佛兰Volt

增程型电动车技术，是目前新能源车技术的一大流派，特点是电力驱动车辆行驶的主要能源，而汽油则是它的备用能源。

一般来说，混合动力汽车可依靠3.8升（1加仑）汽油行驶64到96公里。与电动车不同的是，当今的混合动力汽车不需要通过连接电源进行充电，而是通过收集刹车时产生的能量以及借助发电机来补充电力。在低速行驶时，某些混合动力车型可以依靠电力驱动，并在高速行驶时切换到汽油发动机驱动。混合动力汽车的效率一般赶不上电动汽车，同时环保表现也不如后者。

而增程型电动车的优点是能够在零油耗和零排放的情况下，行驶64公里（40英里）。即使在电池电量快耗尽时，增程型电动车也仅仅是使用汽油以供增程型发动发电机发电，提供汽车行驶所需的电力。增程型电动车可以在电池电量耗尽后继续行驶，因为增程型汽油发电机会实现无间断启动，提供电力驱动汽车。增程型电动车能够自行产生续航所需电力，而不必停车寻找充电的地方。
 


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混合动力电动汽车同时拥有电机驱动和内燃机驱动，对该电机进行可行方案的寻优计算。

3.2电动运行换相控制技术在电动运行状态时，采用两相导通六状态的控制方式，任一时刻只有2个功率开关管导通，分别属于上半桥和下半桥，但不处于同一桥臂，在调速控制时，只有下半桥功率开关管工作于PWM状态，如所示，给出电动运行状态控制信号波形。

由于任一时刻只有两相绕组导通，每个周期出现6次换相过程。假设换相前％和导通，则A、C两相通电，其工作回路为蓄电池正极―Vi―A相绕组―C相绕组―V2―畜电池负极，这时iA=形波气隙磁场波形平顶宽度大于120°时的相电流和相电势幅值，则平均电磁转矩为：当主控板发出换相指令后，Vi截止，V3和V2导通，此时iA仍然存在，通过续流二极管续流，直至消失。而V3和V2导通，则B、C两相通电，其工作回路为蓄电池正极―V3―B相绕组―C相绕组―V2―蓄电池负极，在此过程中，iB由零增加到I.中iA和iB线性变化，iA由I减小到零的时间为ti，iB由零增至I的时间为t2，则换相电流的变化过程可描述为如所示。

由式（4）和式（5）可知，为了抑制换相过程中的电磁转矩波动，希望换相转矩亦等于平均电磁转矩Tn，这就要求ic在A、B两相的换相过程中保持恒定值，由式（2）得：电流ic的幅值就不会变化，如（b）所示。当tl=t2时，电流ic保持不变，则换相转矩的幅值也就恒定4.这里分析了60°电角度一个磁状态的换相过程，对于其他5个磁状态的换相过程可同理分析，只要控制tl=t2就能抑制换相转矩的波动。

3.3发电运行控制技术在发电运行状态时，利用主控板的控制信号将功率主电路上半桥的功率管Vi、V3、V5全关闭，而下半桥的功率管V2、V4、V6分别按一定规律进行PWM控制，这样，因上半桥续流二极管的存在，其等效电路似同一个半控整流电路。另外，因混合电动汽车的电源是蓄电池，电机在进入发电工作时，其发电电压必须高于蓄电池电压才能输出电功率，所以发电运行的控制方法是采用半控整流的PWM升压工作原理，但是，在设计电机时应考虑到最高转速的发电输出电压不大于蓄电池的额定电压，则低转速时的发电运行是让下半桥的功率管V2、V4、V6按规律作PWM工作产生泵升电压，当泵升电压高于蓄电池的端电压时就输出电能，这一过程全部由主控板控制。

如所示，给出发电运行状态控制信号波形。

磁功率转化的电能Wr电机绕组发热消耗的电能W电机电感2（-M）释放的磁场能量设电机电感2（-M）在时间段吸收的能量等于在时间段释放的能量，即Wl―W'结合式（9）和；电机重量；控制器重量6.8kg（水冷）结束语情况下，实现了电动运行、发电运行及制动运行，适应了混合动力电动轿车驱动系统的使用要求。
 
 
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    电动汽车逆变器用于控制汽车主电机为汽车运行提供动力，IGBT功率模块是电动汽车逆变器的核心功率器件，其驱动电路是发挥IGBT性能的关键电路。驱动电路的设计与工业通用变频器、风能太阳能逆变器的驱动电路有更为苛刻的技术要求，其中的电源电路受到空间尺寸小、工作温度高等限制，面临诸多挑战。本文设计一种驱动供电电源，并通过实际测试证明其可用性。

常见的驱动电源采用反激电路和单原边多副边的变压器进行设计。由于反激电源在开关关断期间才向负载提供能量输出的固有特性，使得其电流输出特性和瞬态控制特性相对来说都比较差。在100kW量级的IGBT模块空间布局中，单个变压器集中生产4到6个互相隔离的正负电源的设计存在诸多不弊端：电源过于集中，爬电距离和电气间隙难以保证，板上电源供电距离过长等等。本设计采用常见的非专用芯片进行电路设计，前级SEPIC电路实现闭环，后级半桥电路实现隔离有效解决了上述问题。该电路成功应用于国际领先的新能源汽车逆变器设计中。应用表明，该设计具有较好的灵活性、高可靠性和瞬态响应能力。


1 电动汽车逆变器驱动电源的要求分析

电动汽车逆变器驱动电源一般为6个互相隔离的+15V/-5V电源。该电源的功率、电气隔离能力、峰值电流能力、工作温度等等都有严格的要求。以英飞凌的汽车级IGBT模块FS800R07A2E3_B31为目标进行电源指标的具体计算，该模块支持高达150kW的逆变器系统设计。

1.1 驱动功率计算

该驱动电源的输入功率计算公式为：

P=f_sw×Q_g×△V_g/η(1)

其中f_sw开关频率取10kHz，Q_g根据数据手册取8.6nC，△V_g为门极驱动电压取23V。考虑到功率较小，效率取85%。此外注意到数据手册中的8.6nC是按照电压+/-15V计算，需考虑折算，最后计算结果为1.8W。考虑设计裕量1.1倍，记为2W。

1.2 驱动电流计算

平均驱动电流计算公式为：

I_av=f_sw×Q_g(2)

可以计算得到平均电流为86mA。

峰值电流计算公式为：

I_peak=△V_g/(R_gext+R_gint)(3)

R_gext为外部门极电阻，按数据手册取开通1.8欧关断0.75欧。R_gint为内部门极电阻，按数据手册取0.5欧，得到开通峰值电流10A，关断峰值电流18.4A。实际使用中，开通电阻和关断电阻需要进行开关速度与短路保护能力等性能的折衷，良好的设计值在2.2~5.1欧范围，因此实际开关峰值电流在4~10A范围。
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2 驱动电源电路设计

2.1 电源拓扑设计

该电源的输入是新能源乘用车常规的12V电源，该电源通常波动范围是8~16V，而驱动电源的输出需要相对稳定。需要设计多组宽压输入、定压输出的隔离电源。本设计把电源分成两级：前级电源实现宽压输入、定压输出功能，后级实现隔离功能，结构见图1.






图1：电源拓扑示意图

该结构的好处是：

一、前级电源无需解决隔离问题，可以采用常规的SEPIC或buck-boost非隔离拓扑，而且前级电源的输出是无需隔离的低压定压，在布局布线中无需考虑各组电源间的爬电距离和电气间隙问题。因此该部分前级可以作为低压弱电电路独立实现，无需占用驱动板面积。

二、后级电源无需解决反馈问题，采用开环控制，避免了隔离信号反馈的麻烦。因为乘用车设备的工况恶劣，工作温度变化范围非常大，传统的线性光耦等器件受温漂影响精度大幅降低，温漂补偿器件又成本很高，这种方式有效避免这一弊端。

2.2 后级半桥开关电源设计

前级电源属于典型定压设计，无需给出设计原理，本文重点介绍后级半桥电路。具体原理图见图2和图3。图2为采用汽车级定时器电路设计的50%占空比信号发生器，用于给半桥开关电源提供控制信号，其中R49可以用来调整开关频率，一般可以设定在70kHz到300kHz之间，频率选择主要根据电路板实际空间尺寸和变压器的伏秒积进行折衷选取。

从变压器计算伏秒积的公式为：

ET=V*D/f_sw(4)

V为加在变压器上的电压，D是占空比，f_sw是开关频率。本设计选择了一颗ET值达44Vusec的变压器，因此开关频率设置较低，为120kHz。






图2：50%占空比信号发生电路

图3为半桥开关电源电路。此电路采用一颗IR的汽车级半桥芯片IRS2004S作为驱动，并联两个由Infineon BSR302N组成的并联半桥电路。采用匝比为1：1.25的通用变压器，经过倍压整流得到+15V电压，经过普通整流得到-8V电压。每个变压器用于给一个IGBT驱动供电。在变压器原边串联入汽车级EMC磁珠，可以有效抑制开关产生的电压尖峰，器件具体信息见附录表1。IGBT门极是一种容性负载，每次开关都伴随着较高瞬态电流，即前文计算的峰值驱动电流，因此需要一种纹波电流能力强的长寿命电容，每路电源采用4.7uF X7R汽车级多层陶瓷电容，实现瞬态电压支撑。X7R多层陶瓷电容具有封装小，ESR低，允许纹波电流大，温度降低容量衰减少等优点。






图3：半桥开关电源电路原理图


3 测试结果

实际测试条件为，后级输入定电压16.5V，输入电流0.67A，IGBT开关频率10kHz，信号为SVPWM，开关电源工作频率120kHz，室温条件。经简单计算可知，每路功耗1.84W，与理论计算相符合。

选取高占空比和低占空比两个工况，观察相关信号的波形，见图4和图5。其中橙色的1通道显示低压侧驱动输入信号，粉色2通道显示-8V电源输出端的波形，蓝色3通道显示+15V电源输出端波形，绿色4通道显示门极输出波形。

在IGBT开通时刻，由于电源电容电荷迅速通过门极电阻转移到门极，时间一般只有1~3us，产生+15V电源上的电压跌落，但是很快就可以恢复到平台电压。同理，在IGBT关断时刻，也会使-8V电源产生电压跌落。这种跌落是不会引起IGBT开通或关断的不良反应，因此是可以接受的。对比图4和图5也能够发现，占空比大小不会影响电压跌落的幅值和持续的时间，这是因为IGBT的门极是容性负载。

图4和图5中还能看到，在IGBT关断时刻使开通电压波形产生了一个的尖峰，由于此时开通电压电源处于瞬时空载状态，不会对驱动控制产生影响。整体上看，原边的低压弱电信号和副边的低压强电信号都没有受到开关电源自身开关频率上的干扰。






图4：高占空比波形图






图5：低占空比波形图

4 结论

设计验证表明，前级SEPIC非隔离稳压，后级半桥隔离开环的拓扑结构，优于传统的反激式单原边多副边的集中式电源，特别适合作为100kW量级的新能源乘用车逆变器的驱动电源，设计没有采用往往不符合汽车标准的电源类专用集成芯片，而是采用具有AEC认证的汽车级通用分立器件，满足了乘用车电子设计的苛刻要求。
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原文来源：网络 查看全部