发布时间：2024-06-15 16:20:17 人气：
插电式混合动力车辆冷却系统模拟新方法
针对2025年款车辆，美国环保署(EPA)2017—2025法规已经将公司平均燃油经济性(CAFE)的要求提高了33%。与之类似，欧盟也制订了与CO2减排有关的目标，要求2021年后面世车辆的CO2排放减少27%(相较于2015年目标)。这些排放限制使大多数原始设备制造商(OEM)的注意力转向了混合动力电动车辆。很多汽车制造商已经基于现有车型开始研究插电式混合动力车辆(PHEV)。相较于通过内燃机驱动的车辆，混合动力电动车辆具有更低的排放和更高的燃油经济性。除传统冷却液消耗组件外，PHEV车辆结构还包含额外的电气组件。所有这些附加组件对冷却液流量的需求在实现高效运行和冷却液流量平衡方面极具挑战性。当前研究的主要工作是在一维环境中利用FloMASTER软件模拟PHEV冷却系统，实现车辆内所有冷却液消耗组件的流量分布可视化。利用现有车辆试验数据验证了一维冷却液网络。为模拟实际驾驶条件，还采用标准测试循环进行了瞬态模拟。试验数据与试验值关联性良好，且偏差不超过10%。随着社会各界对降低车辆燃油耗和改变车辆排放方式的关注度持续增加，由燃料电池或电能提供动力的混合动力车辆的开发被提上日程。混合动力电动车辆作为传统车辆与纯电动车辆之间的桥梁，具有多种组合方式，如串联式、并联式和混联式。插电式混合动力车辆(PHEV)是混合动力汽车的1个细分种类，在无需内燃机辅助的条件下，仅利用可充电式电池组驱动电动机就可驱动车辆。内燃机还存在于PHEV中，在电池电量完全耗尽时用于驱动车辆。辅助任务需要采用的电池组和额外电子元器件必须布设在有限的车辆空间内。这些零部件的布置不能与发动机距离过近，这是因为其工作温度低于发动机的工作温度。由于这些零部件能够产生大量的热量，因此将其作为1个紧凑的热源需要专门设计冷却系统对其进行主动冷却。
Park等开展了基于混合动力电动车辆冷却系统的热分析，并研究了附加硬件对冷却系统性能的影响。他指出了有关冷却模块位置和尺寸变化的一些问题。Mehmoud等分析了气体回路、冷却液回路、机油回路和发动机结构，以及这些回路/组件在车辆驾驶条件下的相互作用。该系统能准确预测发动机热流、发动机组件温度、不同位置的机油温度、冷却回路中每个组件的冷却液温度、燃烧导致的放热、机械摩擦导致的放热、燃油耗、氮氧化物(NOx)排放、功率、平均有效压力等参数。Gu等根据一维流动和传热理论建立了1个发动机冷却系统模型，并利用试验数据对其进行了验证。Kim等讨论了能缩短发动机预热时间从而降低燃油耗和发动机排放的主动冷却控制策略。Masjuki等比较了加压空气与散热器风扇产生气流的空气流动方式，讨论了车辆在熄火后延长散热器风扇和冷却液泵工作时间对系统的影响，还讨论了采用电动泵取代机械泵的方案。试验结果显示，加压空气比带冷却风扇的气流具有更强的散热能力。Nessim等讨论了1套先进的热管理系统并介绍了该系统相对于传统冷却系统的优势。Bassett等介绍了基于增程式混合动力电动车辆(REEV)演示验证PHEV样车研究，提出了1个经过改造的冷却系统，并介绍了REEV演示验证样车冷却回路特性的初始测量结果。Weustenfeld等介绍了旨在传递组件间热量的热管理策略，阐述了在冬季与夏季环境下的模拟结果。该策略最多可识别出14种有效工作模式，并通过计算每一种工作模式的总有效时间来划分重要度等级。Pathuri等进行了针对系统性能评价的发动机冷却模拟,还尝试了不同的散热器风扇设计以预测空气流量。Hung等通过评价新型混合流动比(HFR)和性能指标单位散热率(SHD)，从而提高系统效率和降低能耗。其中，混合热管理系统通过比例阀、电控风扇和冷却液泵以实现对温度的控制。
根据车辆热系统一维模拟的文献检索可知，PHEV根据冷却系统模拟方面的内容还是空白。当前研究侧重模拟具有3种冷却回路(分别基于各自工作温度)的PHEV冷却系统。研究人员利用FloMASTER软件，采用一维模拟方法对冷却回路进行了模拟。
1车辆冷却系统
对于以内燃机作为主要驱动力的传统车辆，其冷却回路由散热器和加热器组成，部分车型带有发动机机油冷却器(EOC)。针对该研究中的PHEV，在其回路中添加了1个电动冷却液加热器，用作车辆在电池耗尽模式下运行时的热源。当发动机处于停机状态时，负责驱动冷却系统中冷却液流动的主机械泵同样也会停止工作，因此需要采用1个电辅助泵驱动冷却液流动。PHEV冷却液流动的高温回路、电池回路及低温回路结构示意图见图1和图2。该冷却系统还具有带前置(FHTR)和后置加热器(RHTR)的双空调系统。
采用独立电池回路使电池在所有条件下保持在-3~32°C的温度范围内。该回路具有根据驾驶条件和环境条件加热和冷却电池的能力。电池回路中的冷却器会吸收电池组在工作过程中产生的热量。此外，在低温环境条件下，需要对电池进行加热，这是因为必须保证电池在指定的温度范围内高效运行。基于这个目的，在高温回路加热冷却液的辅助下，采用回路间换热器(ILHEX)对电池回路中的冷却液进行加热。在电池回路中采用大容量电动泵以维持整个回路所需的流量。
针对不同的目的，如电池充电、将电池产生的功率转化成驱动辅助电气组件的电能，以及将电池直流(DC)电源转化成用于驱动电机的交流(AC)电源，PHEV需要采用不同的电子元器件。之所以采用独立低温回路冷却组件，是因为其温度范围与电池和发动机的不同。这些电子元器件在低温回路中产生的热量通过低温散热器散发到环境中。
每一个回路都安装了独立的储热罐用于调节冷却系统内冷却液的膨胀或收缩。在高温、低温和电池回路中采用配比50:50的乙二醇-水溶液作为冷却液，在高温回路中采用2个三通阀引导冷却液根据要求流向特定方向。
2模拟方法
在FloMASTER环境中利用标准库组件模拟了由回路间换热器连接的高温和电池冷却液回路。利用换热器库中的“换热器-散热器”组件模拟了高温散热器。采用“换热器-加热组件”模拟了诸如发动机机油冷却器、前置加热器、后置加热器和回路间换热器等其他换热器。由于未考虑其他流体的传热，仅模拟了这些换热器中的冷却液流量。因此，假设其他流体的流量均为零。其他流体模拟采用的是零流量源和连接在换热器组件非冷却液端的零测量压力源。仅在回路间换热器情况下需要对2类流体都进行模拟，因为在该情况下冷却液是从高温和电池回路分别流出的。对于电动冷却液加热器(ECH)和电池组等其他组件，分别采用“换热器-加热器-冷却器”和“热桥”组件。之所以选择该换热器，是因为冷却液是流经这些组件并吸收组件产生热量的唯一流体。所有换热器的性能数据均来自于供应商提供的数据。
为获得全开、部分打开和全关条件下冷却液温度对节温器升程的影响，采用截止阀、量规和逻辑控制器在FloMASTER环境中对节温器进行了模拟。创建了1个定制泵组件并用于模拟高温回路的离心式机械泵。诸如高温辅助泵、电池回路泵和低温回路泵等电动泵采用定制表面泵模拟。输入这些泵的性能数据以2种表面泵形式存在，即“泵转速-泵流量-泵压升”和“泵转速-泵流量-泵效率”。这些定制表面泵模拟分别如图3和图4所示。
采用FloMASTER库中的管道、弯头、转换导管和连接组件模拟冷却系统所需的所有管件。采用“三孔二位方向控制阀(DCV)”组件模拟三通阀，采用“阀-简单校验组件”模拟止回阀，且所有阀的性能输入数据均来自于相应的供应商试验数据。将冷却液储存器连接到每一个回路(高温回路和电池回路)中用于模拟冷却系统中采用的储热罐，目的是在系统运行过程中存储过量冷却液或提供少量冷却液。高温和电池冷却系统回路模型如图5所示。
采用与高温和电池冷却液回路相同的方式模拟用于保持PHEV中功率电子元器件温度的低温冷却液回路。分别采用“换热器-散热器”、“换热器-热桥”和“热桥”组件模拟低温散热器、变速箱机油冷却器(TOC)和车载充电模块(OBCM)。采用“换热器-加热器-冷却器”模拟功率逆变器模块(PIM)和辅助动力模块(APM)换热器。采用冷却液储存器模拟冷却系统中的储热罐。低温冷却系统模型如图6所示。
3试验结果
3.1稳态结果
对于稳态模拟，所需的边界条件包括网络中采用的所有泵的转速及与特定温度相对应的冷却液储存器中冷却液的温度和压力值。在25℃的环境温度下，针对3个回路中的所有组件进行了试验台试验。根据试验条件对所有3个回路进行了稳态模拟。高温机械泵转速根据试验台试验采用的发动机转速发生变化。高温回路辅助泵和电池回路泵以恒定转速运转，分别为5500r/min和6000r/min。得到的高温组件流量与试验数据的比较结果表明，除发动机机油冷却器外，在高泵转速下的模拟结果与试验数据关联性良好。图7所示为发动机机油冷却器、前置加热器和后置加热器等高温回路组件的冷却液流量比较结果。
对于低温回路模拟，为获得电子元器件的冷却液流量值，低温电动泵的转速是不断变化的。研究人员比较了低温散热器、辅助动力模块和功率逆变器模块的冷却液流量试验值和模拟结果，偏差在10%以内。低温散热器、辅助动力模块和功率逆变器模块组件冷却液流量的试验和模拟结果比较见图8。
3.2瞬态结果
对于传热瞬态模拟，诸如泵转速和换热器出口处的冷却液温度等边界条件被指定为相对时间的独立变量。瞬态模拟未考虑二次流换热对冷却液流量的影响。研究人员在不同的环境温度下进行了车辆试验。
根据环境温度考虑了3种试验，即高环境温度、中等环境温度和低环境温度。针对瞬态验证，采用不同驾驶循环表征不同环境条件(低温、中等温度和高温)下冷却系统的工作能力。不同的驾驶循环针对相应的组件具有不同的冷却液流量目标。本研究针对所提出的设计目标进行了试验验证，并根据相应的试验条件对冷却液网络模型进行了模拟。
3.2.1高环境温度驾驶循环
驾驶循环采用110℉的环境温度，模拟的是高环境温度条件。在试验循环过程中的发动机转速和车速的变化如图9所示。
图10至图13所示为PHEV组件瞬态冷却液流量模拟结果与试验数据的比较情况。电动冷却液加热器、辅助动力模块和功率逆变器模块的冷却液流量结果与车辆试验数据一致。电池回路的冷却液流量与试验结果的偏差较大。
3.2.2中等环境温度驾驶循环
在80°F的环境温度条件下进行了中等环境温度驾驶循环模拟。试验循环过程中发动机转速和车速的变化如图14所示。将电动冷却液加热器、辅助动力模块和功率逆变器模块的冷却液流量结果与车辆试验数据进行了比较，结果比较情况如图15~图17所示。结果表明，这些组件的冷却液流量与中等环境温度驾驶循环条件下的车辆试验数据一致。
3.2.3低环境温度驾驶循环
该循环的环境温度约为20°F。采用该试验模拟低环境温度条件下的车辆运行情况。采用低环境温度驾驶循环的目的是测试冷却系统设计是否能在较低温度下为相应的组件提供所需的最小冷却液流量，这是因为低环境温度下冷却液的黏度相对较大。在低环境温度驾驶循环中尝试模拟冷态环境中的车辆运行情况。图18所示为车速和发动机转速随驾驶循环时间的变化情况。
图19~图21所示为PHEV组件瞬态冷却液流量模拟结果与试验数据的比较情况。在低环境温度驾驶循环中，电动冷却液加热器、辅助动力模块和功率逆变器模块的冷却液流量结果与车辆试验数据一致。在中等和低环境温度试验中，由于未采用电池组驱动电机，因此，流经电池回路的冷却液流量为0。
4结论
通过对PHEV车辆冷却系统的模拟，介绍了PHEV冷却系统的模拟方法。采用试验台和车辆级试验验证了一维模型。结果显示，所有环境温度条件下的模拟结果与车辆试验结果关联性良好。对冷却系统进行了高温回路发动机机油冷却器、前置加热器和置加热器，以及低温回路散热器、功率逆变器模块和辅助动力模块的稳态关联性研究。针对高环境温度、中等环境温度和低环境温度驾驶循环，进行了电池、辅助动力模块、功率逆变器模块和电动冷却液加热器的瞬态分析关联性研究。根据该试验方法可以开发1套模拟其他PHEV车辆冷却系统的标准操作程序，可使PHEV实现高效运行且具有良好的冷却液流量平衡。在概念设计的早期阶段实施这些模拟有助于研发人员根据流量分布和流量平衡进行快速决策。此外，该模拟设计还有助于在折中处理过程中通过改变管件实现紧凑结构设计。
注：本文发表于《汽车与新动力》杂志2020年第2期
作者：[印度]M.VARMA等
整理：田永海
编辑：虞展
本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。
发展第三代半导体，欧洲半导体行业协会主席、意法半导体总裁有话要说
电动 汽车 成为碳化硅技术创新重要平台在未来十年， 汽车 产业将逐渐完成从内燃机向电动化的转变，新能源 汽车 市场将取得高速发展。这极大推动了SiC等市场的发展与技术创新。在谈到技术创新趋势时，Jean-Marc Chery表示，从最终应用模块、芯片制造工艺，到晶圆外延层和原材料等多个层面，第三代半导体都有着大量的创新发展空间。
“我们一方面在模块层面进行技术改进，电动 汽车 特别是与SiC相关的车用场景对改进逆变器、车载充电机和DC/DC变换器性能的要求十分强烈。另一方面，在制造工艺层面，我们量产的第三代SiC采用平面制造技术，已累计生产了成千数万片片晶圆，积累了大量的研制经验。我们的用户都能受益于这种可靠且高性能的第三代技术。同时我们也在开发第四代制造技术，并计划不断提高MOSFET的高应力和电气性能。”Jean-Marc Chery表示。
“原材料和外延层方面也是实现碳化硅技术发展的重要环节。意法半导体两年前收购了 Norstel公司，填补了6 英寸晶圆的制造技术。试验结果证明，我们的产品技术性能高于竞争对手。最近，我们还交付了首个8英寸碳化硅晶圆，并计划在8英寸碳化硅晶圆上率先制造测试二极管，进行MOSFET流片和测试。” Jean-Marc Chery说。
电动 汽车 的应用与发展已成为碳化硅等第三代半导体技术创新的重要平台。Jean-Marc Chery表示，从应用模块、芯片制造工艺，到晶圆外延和材料，ST将成为为数不多的供应链完全垂直整合的半导体公司之一。这种全垂直整合的发展模式对供应链的掌控与在市场中的竞争都是一个重要的优势。
特斯拉Model 3是第一个采用碳化硅功率器件的电动车车型，据悉采用的就是来自意法半导体的650V SiC MOSFET器件。相比Model s/x上采用的IGBT，SiC MOSFET能带来5% 8%的逆变器效率提升，对电动车的续航能力有着显著提升。
半导体技术朝多元化演进
第二部分是存储器，包括NAND闪存和DRAM内存。它们在存储容量和能耗方面也遵循上述原则，产品变得越来越节能，性能越来越好。
第三类是多元化半导体世界。在这个世界，并不追求极致的先进工艺，但却需要特色的工艺技术。首先是成熟的 0.5 微米到110 纳米的8英寸晶片制造技术，其次是成熟的19纳米到28纳米的12英寸晶片制程。我们将28 纳米视为晶体管栅极的创新技术，用于制造成熟的12英寸晶片。当然，这个多元化产品的半导体世界很快就会开始用16 纳米 FinFET技术设计制造嵌入式处理解决方案和电源管理解决方案，以满足 汽车 和某些特定工业应用需求。另外,还有一条技术路线是10/12纳米的FD-SOI技术。
“在这个多元化的世界里，技术节点分布的非常广泛，从0.5微米到110纳米的8英寸，再从19纳米到28纳米成熟的12英寸，然后再到FinFET双重图形和三重图形工艺。这就是我所看到的现状和趋势。”Jean-Marc Chery表示。
意法半导体将专注三大趋势：智能出行、电力和能源、物联网和5G。2020年以来，这三大趋势加速发展，并推动市场对半导体产品的需求。随着混合动力和插电式电动 汽车 及其支持基础设施的互联、数字服务和应用的普及，未来将会从传统 汽车 转向更智能的移动解决方案。意法半导体可以提供广泛的产品组合，如基于碳化硅技术的功率器件和用于电动 汽车 的电池管理解决方案，以及多核微控制器等。在电力和能源方面，随着人们越来越依赖互联网和云服务，数据中心容量不断扩大，进一步增加了对能源需求，需要大幅提高基础设施的运营效率，升级配电网络，布署智能电网。在物联网和5G方面，意法半导体希望支持智能、互联的物联网设备发展，为设备制造商提供产品和相关开发生态系统。
承诺2027年日常运营100%使用可再生能源
绿色发展越来越受到全球各国重视。在今年全国两会期间，碳达峰和碳中和被首次写入我国政府工作报告。意法半导体对绿色理念也十分重视，在采访中Jean-Marc Chery宣布，意法半导体将于2027年实现碳中和目标，承诺到2027年，日常运营中100%使用可再生能源。
“凭借我们的处理器解决方案、电力电子解决方案和模拟器件解决方案，意法半导体将成为减少排放和建设美好地球的重要推动者。” Jean-Marc Chery说。为了达到这个目标，意法半导体将升级改造Crolles和Agrate工厂的PFC处理设备，让这两处工厂的PFC 排放为零，同时优化电力和能源消耗。在制定严格的降低电力和能源消耗计划同时，意法半导体承诺100%使用可再生能源。意法半导体还尽力降低货物运输和员工出行产生的排放，尽量采用线上的方式开展业务，和客户交流。
Jean-Marc Chery强调，半导体技术有助于实现更低的功耗和更少温室气体包括二氧化碳的排放。半导体不会引起这些问题，而是解决这些问题。如果世界想要大幅节能减排，并增加设备数量和服务，满足 社会 需求，那么半导体行业是解决方案。
请问一下电源变压器可不可以当逆变电源用的升压变压器使用
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车载逆变器（电源转换器、Power Inverter）是一种能够将DC12V直流电转换为和市电相同的AC220V交流电，供一般电器使用，是一种方便的车用电源转换器。车载电源逆变器在国外市场受到普遍欢迎。在国外因汽车的普及率较高，外出工作或外出旅游即可用逆变器连接蓄电池带动电器及各种工具工作。中国进入WTO后，国内市场私人交通工具越来越多，因此，车载逆变器电源作为在移动中使用的直流变交流的转换器，会给你的生活带来很多的方便，是一种常备的车用汽车电子装具用品。通过点烟器输出的车载逆变器可以是20W、40W、80W、120W直到150W功率规格的。再大一些功率逆变电源要通过连接线接到电瓶上。把家用电器连接到电源转换器的输出端就能在汽车内使用各种电器象在家里使用一样方便。可使用的电器有：手机、笔记本电脑、数码摄像机、照像机、照明灯、电动剃须刀、CD机、游戏机、掌上电脑、 打印机、电动工具、车载冰箱及各种旅游、野营、医疗急救电器等。
电源是电子设备的动力部分,是一种通用性很强的电子产品。它在各个行业及日常生活中得到了广泛的应用，其质量的好坏极大地影响着电子设备的可靠性,其转换效率的高低和带负载能力的强弱直接关系着它的应用范围。方波逆变是一种低成本，极为简单的变换方式，它适用于各种整流负载，但是对于变压器的负载的适应不是很好，有较大的噪声。
本文依据逆变电源的基本原理，利用对现有资料的分析推导,提出了一种方波逆变器的制作方法并加以调试。
1 系统基本原理
本逆变电源输入端为蓄电池（＋12V，容量90A·h），输出端为工频方波电压（50Hz，310V）。其结构框图如图1所示。
目前，构成DC/AC逆变的新技术很多，但是考虑到具体的使用条件和成本以及可靠性，本电源仍然采用典型的二级变换，即DC/DC变换和DC/AC逆变。首先由DC/DC变换将DC12V电压逆变为高频方波，经高频升压变压器升压，再整流滤波得到一个稳定的约320V直流电压；然后再由DC/AC变换以方波逆变的方式，将稳定的直流电压逆变成有效值稍大于220V的方波电压；再经LC工频滤波得到有效值为220V的50Hz交流电压，以驱动负载。
2 DC/DC变换
由于变压器原边电压比较低,为了提高变压器的利用率,降低成本,DC/DC变换如图2所示，采用推挽式电路，原边中心抽头接蓄电池，两端用开关管控制，交替工作，可以提高转换效率。而推挽式电路用的开关器件少,双端工作的变压器的体积比较小,可提高占空比,增大输出功率。
双端工作的方波逆变变压器的铁心面积乘积公式为
AeAc=Po(1＋η)/(ηDKjfKeKcBm) （1）
式中：Ae(m2)为铁心横截面积；
Ac(m2)为铁心的窗口面积；
Po为变压器的输出功率；
η为转换效率；
δ为占空比；
K是波形系数；
j(A/m2)为导线的平均电流密度；
f为逆变频率；
Ke为铁心截面的有效系数；
Kc为铁心的窗口利用系数；
Bm为最大磁通量。
图3
变压器原边的开关管S1和S2各采用IRF32055只并联，之所以并联，主要是因为在逆变电源接入负载时，变压器原边的电流相对较大，并联可以分流，可有效地减少开关管的功耗，不至于造成损坏。
PWM控制电路芯片SG3524，是一种电压型开关电源集成控制器,具有输出限流,开关频率可调,误差放大,脉宽调制比较器和关断电路,其产生PWM方波所需的外围线路很简单。当脚11与脚14并联使用时,输出脉冲的占空比为0～95％,脉冲频率等于振荡器频率的1/2。当脚10（关断端）加高电平时,可实现对输出脉冲的封锁,与外电路适当连接,则可以实现欠压、过流保护功能。利用 SG3524内部自带的运算放大器调节其输出的驱动波形的占空比D，使D>50％，然后经过CD4011反向后，得到对管的驱动波形的D< 50％，这样可以保证两组开关管驱动时，有共同的死区时间。
3 DC/AC变换
如图3所示，DC/AC变换采用单相输出，全桥逆变形式，为减小逆变电源的体积，降低成本，输出使用工频LC滤波。由4个IRF740构成桥式逆变电路，IRF740最高耐压400V，电流10A，功耗125W，利用半桥驱动器IR2110 提供驱动信号，其输入波形由SG3524提供，同理可调节该SG3524的输出驱动波形的D<50％，保证逆变的驱动方波有共同的死区时间。
图4
IR2110是IR公司生产的大功率MOSFET和IGBT专用驱动集成电路，可以实现对MOSFET和IGBT的最优驱动，同时还具有快速完整的保护功能，因而它可以提高控制系统的可靠性，减少电路的复杂程度。
IR2110的内部结构和工作原理框图如图4所示。图中HIN和LIN为逆变桥中同一桥臂上下两个功率MOS的驱动脉冲信号输入端。SD为保护信号输入端，当该脚接高电平时，IR2110的输出信号全被封锁，其对应的输出端恒为低电平；而当该脚接低电平时，IR2110的输出信号跟随HIN和LIN而变化，在实际电路里，该端接用户的保护电路的输出。HO和LO是两路驱动信号输出端，驱动同一桥臂的MOSFET。
IR2110的自举电容选择不好，容易造成芯片损坏或不能正常工作。VB和VS之间的电容为自举电容。自举电容电压达到8.3V以上，才能够正常工作，要么采用小容量电容，以提高充电电压，要么直接在VB和VS之间提供10～20V的隔离电源，本电路采用了1μF的自举电容。
为了减少输出谐波，逆变器DC/AC部分一般都采用双极性调制，即逆变桥的对管是高频互补通和关断的。
4 保护电路设计及调试过程中的一些问题
保护电路分为欠压保护和过流保护。
欠压保护电路如图5所示，它监测蓄电池的电压状况，如果蓄电池电压低于预设的10.8V，保护电路开始工作，使控制器SG3524的脚10关断端输出高电平，停止驱动信号输出。
图5中运算放大器的正向输入端的电压由R1和R3分压得到，而反向输入端的电压由稳压管箝位在＋7.5V，当蓄电池的电压下降超过预定值后，运算放大器开始工作，输出跳转为负，LED灯亮，同时三级管V截止，向SG3524的SD端输出高电平，封锁IR2110的输出驱动信号。
过流保护电路如图6所示，它监测输出电流状况，预设为1.5A。方波逆变器的输出电流经过采样进入运算放大器的反向输入端，当输出电流大于1.5A后，运算放大器的输出端跳转为负，经过CD4011组成的RS触发器后，使三级管V1基级的信号为低电平，三级管截止，向IR2011的SD1端输出高电平，达到保护的目的。
调试过程遇到的一个较为重要的问题是关于IR2110的自举电容的选择。IR2110的上管驱动是采用外部自举电容上电，这就使得驱动电源的路数大大减少，但同时也对VB和VC之间的自举电容的选择也有一定的要求。经过试验后，最终采用1μF 的电解电容，可以有效地满足自举电压的要求。
图8、9、10
5 试验结果及输出波形
DC/DC变换输出电压稳定在320V，控制开关管的半桥驱动器IR2110开关频率为50Hz，实验的电路波形如图7～图14所示。
图11、12、13、14
6 结语
在逆变电源的发展方向上，轻量、小型、高效是其所追求的目标。本文所介绍的逆变电源电路主要采用集成化芯片,使得电路结构简单、性能稳定、成本较低。因此,这种电路是一种控制简单、可靠性较高、性能较好的电路。整个逆变电源也因此具有较高的性价比和市场竞争力。
汽车上有哪些电力电子器件的运用？
蛮长的！蛮详细！1、引言电力电子技术是研究电力半导体器件实现电能变换和控制的学科，它是一门电子、电力半导体器件和控制三者相互交叉而出现的新兴缘学科。它研究的内容非常广泛，主要包括电力半导体器件、磁性材料、电力电子电路、控制集成电路以及由其组成的电力变换装置。目前，电力电子学研究的主要方向是：
（1）电力半导体器件的设计、测试、模型分析、工艺及仿真等；
（2）电力开关变换器的电路拓扑、建模、仿真、控制和应用；
（3）电力逆变技术及其在电气传动、电力系统等工业领域中的应用等。
电动汽车（EV）作为清洁、高效和可持续发展的交通工具，既对改善空气质量、保护环境具有重大意义，又对日益严重的石油包机提供了解决方法；同时，电动汽车作为电力电子技术的一个新的应用领域，涵盖了DC/DC和DC/AC的全部变换，是实用价值非常高的运用领域。
2、混合动力电动汽车简介
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。
2.1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(BatteryElectricVehicle)、以氢气为能源的燃料电池电动汽车（FuelCellElectricVehicle）和混合动力电动汽车（HybridElectricVehicle）。
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。
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。
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——THSⅡ”（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LexusRX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。
1、引言
电力电子技术是研究电力半导体器件实现电能变换和控制的学科，它是一门电子、电力半导体器件和控制三者相互交叉而出现的新兴缘学科。它研究的内容非常广泛，主要包括电力半导体器件、磁性材料、电力电子电路、控制集成电路以及由其组成的电力变换装置。目前，电力电子学研究的主要方向是：
（1）电力半导体器件的设计、测试、模型分析、工艺及仿真等；
（2）电力开关变换器的电路拓扑、建模、仿真、控制和应用；
（3）电力逆变技术及其在电气传动、电力系统等工业领域中的应用等。
电动汽车（EV）作为清洁、高效和可持续发展的交通工具，既对改善空气质量、保护环境具有重大意义，又对日益严重的石油包机提供了解决方法；同时，电动汽车作为电力电子技术的一个新的应用领域，涵盖了DC/DC和DC/AC的全部变换，是实用价值非常高的运用领域。
2、混合动力电动汽车简介
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。
2.1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(BatteryElectricVehicle)、以氢气为能源的燃料电池电动汽车（FuelCellElectricVehicle）和混合动力电动汽车（HybridElectricVehicle）。
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。
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。
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——THSⅡ”（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LexusRX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。
2.2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，基本结构如图2所示。
图3所示为不同混合动力类型中电动机与发动机的功率分配情况：
在串联式混合动力系统中，由发动机驱动发电机，利用发出的电能由电动机驱动车轮。即，发动机所发出的动能全部要先转换成电能，利用这一电能使车辆行驶。
并联式混合动力系统采用的是发动机与电动机驱动车轮，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。
3、HEV常用的电力电子技术及装置
本文结合起来丰田新一代混合动力系统THSⅡ，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（见图4）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。
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（见图5），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。
3.1电动机/发电机用逆变器单元
在PriusTHSⅡ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（如图6所示，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。
电动机用逆变器的每个桥臂都是由并联有两个IGBT模块和二极管模块。每个IGBT芯片的面积为133mm2（13.7mm×9.7mm），并且发射极使用了5μm厚的铝膜；而每个二极管芯片的面积为90mm2(8.2mm×11mm)。
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。
除了以上传统的PWM控制技术外，最近出现了谐振直流环节变换器和高频谐振交流环节变换器。采用零电压或零电流开关技术的谐振式变换器具有开关损耗小、电磁干扰小、低噪声、高功率密度和高可靠性等优点，引起研究人员广泛的兴趣。
目前应用于功率变换器的常用电子开关器件主要有GTO、BJT、MOSFET、IGBT和MCT等，由于IGBT集BJT和MOSFET特点于一体，所具有的高阻抗压控栅极，可明显降低栅极驱动功率，从而可使栅极驱动电路集成化；并且IGBT具有的极短的开关时间，可使系统具有快速响应能力，并减小了开关损耗，降低了噪声，因此IGBT是很好的开关器件。MCT也是一个潜在的选择器件，虽然目前商用的MCT的额定值还有待于提高；但是由于MCT具有低的导压降，因此随着MCT新型制造工艺的完善和新材料的使用，未来的MCT在电动汽车中将有良好的应用前景。
3.2DC—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（见图8）；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。
这种系统具有如下优点：
（1）由于电机的最大输出功率能力是与直流母线电压成正比的，因此与原THS系统的202V供电工况相比，在不增加驱动电流的情况下，THSⅡ系统中电机在500V供电时，其最大输出功率以及转矩的输出能力是原THS系统的2.5倍；此外相同体积的电机，还能免输出更高的功率；
（2）由于使用了直流母线供电电压可变系统，因此THSⅡ可以根据电动机和发电机的实际需要，自由的调节直流母线供电电压，从而选择最优的供电电压，达到减少逆变器开关损耗以及电动机铜损的节能目的；
（3）对于供电电压一定的蓄电池组来说，由于可以通过调整升压变压器的输出电压的方式，来满足电动机和发电机的实际需要，因此从某种程度上讲，可以减少蓄电池的使用数量，降低整车质量。
图9所示的DC—DC升压变换器每个支路都并联有2个IGBT模块和续流二极管模块，其中每个IGBT芯片的面积为255mm2(15mm×15mm)，每个续流二极管芯片的面积为117mm2（13mm×9mm）。图9所示的电路拓扑结构可以在不打断系统的正常工作的情况，保证蓄电池的充电和放电进行瞬间转化。由于DC—DC升压变换器的作用，而使主电容器上的系统电压(SystemVoltage)不同于蓄电池组的输出电压，从而保证电动机和发电机高电压工作的同时，而不受蓄电池组低电压输出能力的限制。
3.3DC—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）。
3.4其它交流设备用逆变器单元
PriusTHSⅡ空调系统使用了电机驱动的空气压缩机，取代了传统的用发动机机械驱动的空气压缩机。为了驱动空气压缩机用电机，设计了一种小功率逆变器（DC202V，1.6kW）。功率器件选用带有反并联续流二极管的商用IGBT（600V/30A），其中每个IGBT芯片的面积为22.1mm2（4.7mm×4.7mm），每个续流二极管芯片的面积为9mm2(3mm×3mm)。
4HEV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。
（3）直流母线电压利用问题
混合动力电动汽车储能系统的电压是可变的，电压的大小取决于汽车实际负载的大小、运行工况（电动还是发电）以及电机是否弱磁运行等等，典型的母线电压波动范围是标称值的-30%~+25%。因此如何在汽车工况频繁变化的情况下，充分利用直流母线电压，成为了控制策略设计者所需要解决的问题。
（4）电力电子装置控制问题
“高开关频率”和“高采样率”目前普遍应用于混合动力电动汽车的电力电子装置和交流传动系统中，客观上“双高”需要高精度的编码器和解算器，因此这就意味着在电机中出现宽的温度梯度和饱和状态时，如何降低参数敏感度，以满足控制的要求。
5结束语
本文结合丰田汽车公司的最新一代混合动力电动汽车PriusTHSⅡ，综述了电力电子技术在混合电动汽车中的应用情况，提出了需要重点考虑并解决的技术问题。
随着电力电子技术、微电子技术和控制技术的发展，数字化交流驱动系统在商业化电动汽车中得到广泛应用；而开发研制采用交流电机驱动系统的混合动力电动汽车，已经汽车工业可持续发展的重要途径之一。随着人类对生存环境要求的提高，合理利用能源意识的增强。作为一种污染小和高效率的现代化交通工具，混合动力电动汽车将得一全面的发展和应用。
2.2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，基本结构如图2所示。
图3所示为不同混合动力类型中电动机与发动机的功率分配情况：
在串联式混合动力系统中，由发动机驱动发电机，利用发出的电能由电动机驱动车轮。即，发动机所发出的动能全部要先转换成电能，利用这一电能使车辆行驶。
并联式混合动力系统采用的是发动机与电动机驱动车轮，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。
3、HEV常用的电力电子技术及装置
本文结合起来丰田新一代混合动力系统THSⅡ，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（见图4）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。
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（见图5），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。
3.1电动机/发电机用逆变器单元
在PriusTHSⅡ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（如图6所示，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。
电动机用逆变器的每个桥臂都是由并联有两个IGBT模块和二极管模块。每个IGBT芯片的面积为133mm2（13.7mm×9.7mm），并且发射极使用了5μm厚的铝膜；而每个二极管芯片的面积为90mm2(8.2mm×11mm)。
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。
除了以上传统的PWM控制技术外，最近出现了谐振直流环节变换器和高频谐振交流环节变换器。采用零电压或零电流开关技术的谐振式变换器具有开关损耗小、电磁干扰小、低噪声、高功率密度和高可靠性等优点，引起研究人员广泛的兴趣。
目前应用于功率变换器的常用电子开关器件主要有GTO、BJT、MOSFET、IGBT和MCT等，由于IGBT集BJT和MOSFET特点于一体，所具有的高阻抗压控栅极，可明显降低栅极驱动功率，从而可使栅极驱动电路集成化；并且IGBT具有的极短的开关时间，可使系统具有快速响应能力，并减小了开关损耗，降低了噪声，因此IGBT是很好的开关器件。MCT也是一个潜在的选择器件，虽然目前商用的MCT的额定值还有待于提高；但是由于MCT具有低的导压降，因此随着MCT新型制造工艺的完善和新材料的使用，未来的MCT在电动汽车中将有良好的应用前景。
3.2DC—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（见图8）；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。
这种系统具有如下优点：
（1）由于电机的最大输出功率能力是与直流母线电压成正比的，因此与原THS系统的202V供电工况相比，在不增加驱动电流的情况下，THSⅡ系统中电机在500V供电时，其最大输出功率以及转矩的输出能力是原THS系统的2.5倍；此外相同体积的电机，还能免输出更高的功率；
（2）由于使用了直流母线供电电压可变系统，因此THSⅡ可以根据电动机和发电机的实际需要，自由的调节直流母线供电电压，从而选择最优的供电电压，达到减少逆变器开关损耗以及电动机铜损的节能目的；
（3）对于供电电压一定的蓄电池组来说，由于可以通过调整升压变压器的输出电压的方式，来满足电动机和发电机的实际需要，因此从某种程度上讲，可以减少蓄电池的使用数量，降低整车质量。
图9所示的DC—DC升压变换器每个支路都并联有2个IGBT模块和续流二极管模块，其中每个IGBT芯片的面积为255mm2(15mm×15mm)，每个续流二极管芯片的面积为117mm2（13mm×9mm）。图9所示的电路拓扑结构可以在不打断系统的正常工作的情况，保证蓄电池的充电和放电进行瞬间转化。由于DC—DC升压变换器的作用，而使主电容器上的系统电压(SystemVoltage)不同于蓄电池组的输出电压，从而保证电动机和发电机高电压工作的同时，而不受蓄电池组低电压输出能力的限制。
3.3DC—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）。
3.4其它交流设备用逆变器单元
PriusTHSⅡ空调系统使用了电机驱动的空气压缩机，取代了传统的用发动机机械驱动的空气压缩机。为了驱动空气压缩机用电机，设计了一种小功率逆变器（DC202V，1.6kW）。功率器件选用带有反并联续流二极管的商用IGBT（600V/30A），其中每个IGBT芯片的面积为22.1mm2（4.7mm×4.7mm），每个续流二极管芯片的面积为9mm2(3mm×3mm)。
4HEV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。
（3）直流母线电压利用问题
混合动力电动汽车储能系统的电压是可变的，电压的大小取决于汽车实际负载的大小、运行工况（电动还是发电）以及电机是否弱磁运行等等，典型的母线电压波动范围是标称值的-30%~+25%。因此如何在汽车工况频繁变化的情况下，充分利用直流母线电压，成为了控制策略设计者所需要解决的问题。
（4）电力电子装置控制问题
“高开关频率”和“高采样率”目前普遍应用于混合动力电动汽车的电力电子装置和交流传动系统中，客观上“双高”需要高精度的编码器和解算器，因此这就意味着在电机中出现宽的温度梯度和饱和状态时，如何降低参数敏感度，以满足控制的要求。
5结束语
本文结合丰田汽车公司的最新一代混合动力电动汽车PriusTHSⅡ，综述了电力电子技术在混合电动汽车中的应用情况，提出了需要重点考虑并解决的技术问题。
随着电力电子技术、微电子技术和控制技术的发展，数字化交流驱动系统在商业化电动汽车中得到广泛应用；而开发研制采用交流电机驱动系统的混合动力电动汽车，已经汽车工业可持续发展的重要途径之一。随着人类对生存环境要求的提高，合理利用能源意识的增强。作为一种污染小和高效率的现代化交通工具，混合动力电动汽车将得一全面的发展和应用。
新能源电驱系统标准解读与拓展：电磁兼容性(二)
导语：在解读《电动汽车安全指南2019版》中，EMC安全已经被明确纳入其中，指南中5.5.3详细规定了电驱动EMC及防护措施；在《2020版新能源汽车国家强制标准即将发布》中，也提到唯一电驱动系统EMC安全标准：GB/T36282-2018《电动汽车用驱动电机系统电磁兼容性要求和试验方法》。在《电磁兼容性(一)》中，我们已经分析了电动车以及电驱动系统的电磁干扰来源，我们这次还是把电驱动作为干扰源，结合EMC安全相关标准，分析上次未研究完的问题。我们从以下几方面展开讨论：
1.电驱动系统的电磁干扰路径
2.电磁干扰频段测试
3.抑制干扰的方式
1.电驱动系统的电磁干扰耦合路径
由于电驱动系统内辐射干扰主要是由于传导电磁干扰引起的，而且可以通过添加屏蔽等物理手段进行抑制，而传导干扰沿着导体进行传播，相比辐射干扰更难抑制。
这里我们谨遵毛爷爷的指导，抓主要矛盾，只分析传导干扰。传导干扰是通过所在系统中各种导体传输线，以电流、电压形式进行耦合传播的干扰。
在前面文章中已经提过电驱动中存在差模干扰和共模干扰（传送门：《新能源电驱系统标准解读与拓展：电磁兼容性(一)》），在分析干扰路径前，我们先要明白什么是差模干扰？什么是共模干扰？
差模干扰（Differential-mode）：干扰电压存在于信号线及其回线（一般称为信号地线）之间，干扰电流回路则是在导线与参考物体构成的回路中流动。
共模干扰（Common-mode）：干扰电压在信号线及其回线（一般称为信号地线）上的幅度相同，这里的电压以附近任何一个物体（大地、金属机箱、参考地线板等）为参考电位，干扰电流回路则是在导线与参考物体构成的回路中流动。
关于DM和CM，下图表示的很清楚了，供参考：
简单来说，差模干扰时信号线到信号线的回路干扰，共模干扰是信号线到地的回路干扰。
01电驱动系统的差模干扰路径
IGBT开通关断期间感应出瞬态脉冲电压，在相线与电源线组成回路中产生电流，形成差模干扰回路。差模传导电磁干扰耦合路径示意图如下所示：
传播路径1，通过耦合到母线最终流回到电池；传播路径2，是产生的较高频的电流通过电机内部产生尖峰电压。电流1、电流2的和，就是逆变器产生的总体差模干扰电流。
02电驱动系统的共模干扰路径
共模传导电磁干扰耦合路径示意图如下所示：
路径1，为开关器件IGBT处形成的干扰，在三相逆变桥臂上中性点的电位是规律性阶跃变化的，IGBT与散热器之间存在杂散电容，在IGBT开通关断的瞬间，产生的高频du/dt会通过其上寄生电容充放电，进而产生共模电流，最终通过输入电缆线回到逆变器形成共模干扰回路。
同时，研究指出，电机的定子绕组和电机机壳之间，也存在着较大的寄生电容，存在于电池、电机中性点上的共模电压也会通过上述寄生电容形成共模EMI电流，并通过高压线缆最终回到逆变器形成路径2。
电流1、电流2的和，就是逆变器产生的总体共模干扰电流。
以上，我们完成了电驱动电磁干扰源和干扰路径的分析，那么下一步看看敏感器件有哪些。我们只有知道了干扰频段的大小是多少，才能指导干扰到哪些器件，接下来我们看看如何测试干扰频段。
2.电磁干扰频段的测试
传导干扰和辐射干扰如何进行测试？不同频段的振幅是多少？会不会影响到敏感期间呢？
《GB/T36282》带着这些问题，我们看一下专门针对电驱动EMC的GB标准——《GB∕T36282-2018电动汽车用驱动电机系统电磁兼容性要求和试验方法》，带着满怀激动的心情点开了标准页面，BUT，GB/T36282-2018标准目录是这个样子，说好的传导发射呢。。。。。。。
《电动汽车安全指南》与《GB/T18655》不怕，我们再看《电动汽车安全指南2019版》涉及的电驱动EMC安全标准，在5.5.3.1中规定：
这下就没问题了，《GB/T36282-2018》要与标准《GB/T18655-2018车辆、船和内燃机无线电骚扰特性用于保护车载接收机的限值和测量方法》相结合去看，而且，《GB/T18655-2018》的标题提到了敏感器件：车载接收机。车载接收机多种多样，工作的频段范围非常广，标准中是怎么规定限值的呢？
传导电磁干扰测试《GB/T18655-2018》涉及零部件传导发射测试的章节如下图，共有两种测试方法：电压法与电流探头法。
测试方法以及限值在标准中写得很详细，喜欢童鞋可详细研读一下，这里不再过多介绍，我们直接上张测试照片：
传导电磁干扰测试平台，主要由电源、人工电源网络、接收器、电源钳、直流高压线缆、电驱动（或电机+逆变器+交流线缆）、测功机等部分组成。接收器可以通过LISN测得系统产生的传导电压，也可结合电流测得直流动力线缆单根电流和共模电流。
电机空载和带载分别测试正极电压传导，借用一下某大神的结果（来源于网络，若有侵权，请联系作者）：
其中规定限值的参考标准为CISPR25，这是上述标准《GB/T18655》英文版本，可以看出，很多频段都严重超标，需要找到响应的措施，抑制干扰。
（关于电磁干扰相关标准，后续会专题统一总结，敬请期待）
辐射电磁干扰测试辐射干扰途径因可以通过添加屏蔽等物理手段进行抑制，所以不做重点讲解，但是测试的环节不能少，电驱动系统辐射干扰如何测量呢？
这次先看《GB/T18655-2018》的目录，标准中介绍了三种方法：ALSE（装有吸波材料的屏蔽室）法、TEM小室法、带状线法。ALSE法介绍非常详细，并对不同频率推荐使用了不同天线：
再看下《GB/T36282-2018》辐射干扰测：
测试方法出自《GB/T18655-2010》，而且在30MHz~1000MHz只说明了用双锥天线测试（#我要你有何用。。。#）测试步骤不再详述，试验台与传导发射试验类似，多增加了接收天线，这里只针对30MHz-200MHz的测试，上图一张：
同样，测试完成的频谱图与标准中的限值相比较，找到不达标的频谱段，采取措施进行抑制。
3.抑制干扰的方式
抑制电磁干扰是相对专业的问题，也由于篇幅的原因，这里简单说一下：
通过第1节的电磁干扰分析，可以看出，差模干扰电压是影响系统性能的最主要原因，因为差模干扰回路都是在驱动系统内形成的。通过调制开关通断时占空比的大小等方法可以对差模干扰路径1进行抑制。通过添加滤波器、添加屏蔽层等方法可以对流经电机内部的耦合差模干扰路径2进行抑制。
4.展望
本篇主要分析了电驱动的电磁传导干扰的耦合路径和，依据GB/T18655-2018介绍了传导发射和辐射发射的试验方法（GB/T36282-2018貌似不怎么靠谱），最后简单说了一下的电磁干扰的抑制措施。后续会对电驱动的抗干扰能力进行分析与相关测试标准的解读。
本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。
14项“黑科技”揭示新能源汽车技术趋势
光明网讯 9月28日， 2020年“全球新能源 汽车 前沿及创新技术”评选结果在2020世界新能源 汽车 大会上发布。清华大学教授、中国科学院院士、大会 科技 委员会联合主席欧阳明高代表大会公布了本年度评选结果，共有7项创新技术和7项前沿技术入选。本次评选于2020年2月份正式启动，来自全球新能源 汽车 主要技术领域的27位知名专家学者组成世界新能源 汽车 大会 科技 委员会，负责本次评审工作。本次评选从整车集成与控制、动力电池、燃料电池、驱动系统、智能化、轻量化及新材料、能源供给、其他相关技术等8个技术方向共征集了百余项前沿及创新技术。
经形式审查后，有56项创新技术和51项前沿技术进入初评环节；经过初评后，有12项创新技术和10项前沿技术进入终评环节。经过最后评审，7项创新技术和7项前沿技术脱颖而出。
据介绍，此次获奖的7项创新技术已实现量产化应用，有效地提升了新能源 汽车 的技术水平；而获奖的7项前沿技术则展示了全球基础研究的最新方向，为今后新能源 汽车 科技 创新指出了新的方向。（战钊）
链接
2020年7项创新技术
1、高集成刀片动力电池技术
——弗迪电池有限公司
高集成刀片动力电池技术，是全球首创的具有高集成效率、高安全防护的动力电池技术。该技术突破传统拉深/挤出工艺制约，并攻克超薄铝壳焊接技术，成功开发长宽比为10:1、厚度为0.3mm的超长超薄铝壳刀片电池，打破传统电池系统的模组概念，利用刀片电池独特长宽比特征，实现超长尺寸电芯的紧密排列，获得超过60%的体积集成效率。与传统电池系统40%的体积效率相比，体积集成效率提升50%，使得搭载磷酸铁锂体系的纯电动 汽车 续航里程达到600km。同时，基于磷酸铁锂先天的安全优势，刀片电池的紧密组排设计、多功能集成包络设计和系统三明治式结构设计可以从多层级多维度保障动力电池系统安全。
2、面向海量场景的自动驾驶云仿真平台技术
——深圳市腾讯计算机系统有限公司
该技术在计算节点中闭环运行全栈自动驾驶算法，并利用云计算的强大算力，支持一万个以上场景的并行计算，使得1000个测试场景的运行时间从2天大幅缩减至4分钟，并实现全自动化测评。在虚拟城市中数以千计的自动驾驶车辆不间断的持续行驶，并通过随机工况和激进交通流提升测试复杂度。云仿真节点中通过数据压缩、场景分割、网络策略模型、流量锁、全局帧同步等机制保证了仿真时序一致性和通讯效率。同时，为实现高精度场景建模，使用多传感融合技术自动计算三维模型位姿、网格和匹配纹理，自动化率超过90%，三维场景相对误差小于3cm。该技术实现了高并发、高效率、高容灾、低成本，保障数据安全和资源的有效利用。
3、动力电池高效成组CTP技术
——宁德时代新能源 科技 股份有限公司
动力电池高效成组CTP技术打破了行业固有的“单体成组模组再成组电池包” 三级成组设计思维，从电池包结构高度集成、新工艺研发以及热管理优化等方面开发了全新的动力电池高效成组CTP技术，实现两级成组—“单体直接成组电池包” 。CTP技术将电池包的重量成组效率从行业平均水平70%提升至80%，体积成组效率从56%提升至65%，零件数量减少25%。同时，减少了传统模组的生产工序，生产效率提高20%。量产电池包重量能量密度超过170Wh/kg，同时在研产品电池包重量能量密度达到215Wh/kg。
4、一体化大功率燃料电池系统技术
——上海捷氢 科技 有限公司
一体化大功率燃料电池系统技术通过采用超薄金属双极板、低Pt催化剂、空气侧无外增湿及智能控制策略，有效缩小了燃料电池系统体积，降低成本。搭载该技术的燃料电池系统功率可达到92kW，体积功率密度达到956W/L，贵金属Pt载量为0.35mgPt/cm2，可应用于乘用车和商用车双平台，尤其是能满足作为未来重点发展方向的中重型货车功率的需求。同时，该技术通过建立质子交换膜中水含量状态的在线智能检测与控制策略优化，实现-30℃的无辅助热源的低温启动，可补足目前纯电动技术在寒冷区域应用不足的空白，形成优势互补局势。
5、800伏碳化硅逆变器技术
——德尔福 科技
该逆变器技术的核心是开发和应用了Viper电源开关。该开关高度集成了双面散热技术，并将原来的硅质绝缘栅双极晶体管（IGBT）电源开关更换为了碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）开关。与前几代逆变器相比，可以减少40%的重量，缩小30%的整体尺寸，提高25%的功率密度，同时可以减少最高70%的开关损耗。该技术下的逆变器可以赋能电压高达800伏的电气系统，相比如今最先进的400伏系统，因重量和损耗的较少，它可以提升电动 汽车 （EV）的行驶里程并将充电时间缩短一半。
6、基于升腾AI的自动驾驶云服务技术
——华为技术有限公司
华为自动驾驶云服务HUAWEI Octopus基于“升腾910”AI芯片和AI训练平台，通过软硬件加速，自动分析算法、并行仿真等技术实现车云协同的自动驾驶数据快速闭环。Octopus提供数据、训练和仿真三大服务。Octopus突破了真实世界时空的约束，在仿真空间更高效地运行算法，快速得到算法里程数据和性能评测数据，旨在降低自动驾驶开发门槛，让自动驾驶开发变得更智能、更高效、更便捷。
7、车用金属双极板燃料电池电堆技术
——新源动力股份有限公司
通过开发宽电流适应性膜电极、高效流体分配金属双极板和自调节集成化电堆结构，实现了燃料电池电堆的高比功率和高可靠性，电堆功率密度达到4.2kW/L，并完成了电堆及其关键部件的工程化开发，成功通过38项车规级验证。经电堆、发动机台架及整车的振动试验、环境标定试验、碰撞试验以及路况测试表明：金属双极板燃料电池电堆可以满足全天候环境车用要求，为氢燃料电池 汽车 的商业化应用提供了关键部件和技术支撑。
2020年7项前沿技术
1、高电压镍锰酸锂正极材料及电池技术
高电压镍锰酸锂材料具有高电压、高能量密度、低成本、高安全和快锂离子传导特性，是下一代动力电池的主流正极材料之一。在高电压下，电极材料与电解液之间剧烈的副反应是限制镍锰酸锂材料商业化的最大障碍，解决该问题的关键就是构造稳定的正极材料与电解液界面和耐高电压的材料体系，具体包含高电压正极材料表面改性技术，高电压镍锰酸锂材料电解液开发匹配技术，高电压辅助配套材料的匹配改性技术，这些技术也将推动电池行业向高电压、高能量密度和高安全的目标前进。
2、新型无氟碳氢质子交换膜技术
新型无氟碳氢质子交换膜表现出较强的化学耐久性，较高的离子交换率使其电导率是目前领先的全氟磺酸膜的1.5-2倍。同时显著降低了氢气的渗透，这不仅减少了寄生电流密度的损失，而且可以减少由渗透的氢和氧气反应所产生的过氧化氢。碳氢质子交换膜的低气体渗透性主要是由于碳氢聚合物的气体溶解度比含氟聚合物低，碳氢膜低氢气渗透率的特性，可以减少铂层带状化，增加催化剂层寿命。同时，减少氢气渗透降低了燃料电池系统对氢气排放的要求，提高了整体氢能效率和续航能力。
3、基于3D结构复合载体的铂基合金催化剂技术
本技术采用石墨烯为载体材料，以阳离子聚合物PDDA功能化的碳黑为间隔物，与氧化石墨烯通过静电作用自组装，解决制备过程中石墨烯片层发生堆叠的问题；经化学还原得到三维石墨烯/功能化炭黑复合材料，然后担载Pt及其合金纳米粒子，制得基于3D结构复合载体的铂基合金催化剂。制备的催化剂，具有独特的核壳结构可避免过渡金属的腐蚀，电化学活性、稳定性优异， Pt利用率大幅提高，成功实现了Pt用量及燃料电池成本的降低。
4、聚合物复合固态电解质技术
固态锂电池以其高比能、高安全等显著优势，成为未来新能源 汽车 发展的核心动力，设计和制备物理与电化学性能优异的固态电解质迫在眉睫。“刚柔并济”的聚合物复合固态电解质设计理念，是以尺寸热稳定性好的“刚”性材料为骨架支撑，复合电化学窗口宽、室温离子传输性能优异的“柔”性聚合物材料和高离子迁移数锂盐，有效解决了单一聚合物电解质尺寸热稳定性差和力学强度低，以及单一无机固态电解质界面传输和加工性能差的瓶颈问题，利用该聚合物复合电解质研制的固态锂电池具有高安全、高比能、高耐压、长寿命等突出特点，是未来新能源 汽车 动力电池技术的重要选择。
5、智能驾驶感知计算平台技术
智能驾驶感知计算平台是实现 汽车 智能化的基础，是机器替代人的眼睛识别外部环境，迈向无人驾驶的前提。智能驾驶感知计算平台基于车载人工智能计算处理器和视觉算法的深度融合优化，利用先进的车载视觉传感器、雷达等感知设备，支持针对复杂场景的细粒度、结构化的语义感知，对高度可扩展、模块化的三维语义环境重建以及透明化、可追溯、可推理的决策和路径规划。满足不同场景下高级别自动驾驶运营车队以及无人低速小车的感知计算需求，支撑L3及以上级别自动驾驶技术突破和应用示范。
6、高功率密度硅基氮化镓功率模块技术
硅基氮化镓功率模块具有较低内阻，较高功率密度，较高效能和良好高频切换特性等优点。以上性能可提高功率模块的散热性能，跟传统硅基组件相比可提高30%以上的效率，在应用上有很大的优势，可以有效减少驱动逆变器系统体积，降低系统成本。受限于单颗芯片输出电流较小，暂时无法使用于车用驱动逆变器。但通过芯片并联与应用高导热键合材料来降低热阻提升整体电流输出，可以实现高功率密度和每相可输出350A大电流的高功率硅基氮化镓功率模块。目前，硅基组件中MOSFET无法耐高压 、IGBT开关切断速度不够快造成能量的损失较大，随着硅基氮化镓成本的降低，未来在车载充电机，驱动逆变器，车辆到电网的电力储存等新能源 汽车 市场应用上氮化镓有较大的应用发展潜力。
7、扇形模组轴向磁场轮毂电机技术
扇形模组轴向磁场轮毂电机是具有扇形模组定子绕组、制动盘和电机转子一体化设计的新型轴向磁场电机。应用到乘用车上能有效降低轮毂电机的簧下质量，能有效结合液压制动以保证车辆制动安全性，能避免与现有车辆底盘悬架零部件的运动干涉。关键技术涉及扇形模组定子绕组设计封装技术、制动盘和转子一体化设计制造技术、电磁和机械耦合的NVH技术、扇形模组电机的控制技术。应用该技术可以形成独立转向的驱制动一体化零部件，可以形成分布式驱动系统和混合动力系统。
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