汽车工程技术中的一门新兴技术——汽车电力电子技术

汽车电力电子技术产生的背景20世纪90年代以前,在汽车领域中的电力传动,主要是直流电力传动,只用于重型矿用自卸汽车。1990年美国加利福尼亚州为严格控制大气污染,颁布零排放汽车ZEV(ZeroEmissionVehicle)法规,并规定了7家主要汽车制造公司(都是在加州有汽车销售的公司)从1998年起的销售义务:1998年所销售的汽车中,ZEV车必须占2%；2003年必须达到10%。从此美、日汽车制造公司便掀起一场制造纯电动汽车的竞争热潮,并很快在开发高性能铅酸蓄电池、交流电动机、交流传动和逆变器(Converter)等方面取得了进展。虽然在行驶性能方面,初期的纯电动汽车要比传统的往复式汽油机汽车还优秀,可是却由于它在每次充电后的续行距离、充电设施以及整车制造和使用成本等方面存在严重问题而无法普及。于是各公司开始将精力转到混合动力汽车HEV(HybridElectricalVehicle)和燃料电池汽车FCV(FuelCellVehicle)的研发。

1997年,丰田公司率先推出实现了批量生产的第一代普锐斯(Prius)牌(NHW10型)混合动力汽车。从此,交流电力传动被正式引入到乘用汽车传动中,于是电力技术领域中有关电能的产生、变换、传输、存储等过程的技术以及控制这些过程的技术与装置也就随之进入汽车技术领域。与传统的往复式内燃机汽车不同,电动汽车电路已不再是只含有几个功率1kW左右直流电机的12V/14V单一电压的“弱电”电路,而是发展为含有2～6个电压为500～650V、功率高达20～60kW、转速高达15000r/min的永磁式交流同步伺服电机的电动轮或驱动电动机,高压动力蓄电池组(201.6V)以及逆变器组成的(500～650)V/201.6V两种电压的“强电”电力电路,再加上以下6个控制系统。

a.电源控制系统包括驱动电动机/发电机、蓄电装置、整流与逆变装置的控制系统。

b.与发动机、底盘各总成有关的控制系统具有高数据传送率(传送速率具有百数十kb/s～1Mb/s)的控制器局域网CAN(ControllerAreaNetwork)、本地互联网LIN(LocalInterconnectNetwork)总线系统。

c.与车身总成各控制系统有关的控制系统具有低数据传送率(传送速率只有十数～100kb/s)的CAN、LIN总线控制系统。

d.与通讯系统相关的控制系统MOST(数据传送速率为24Mb/s)或IEEE1394(数据传送速率分别为100Mb/s、200Mb/s、400Mb/s)的光纤通讯控制系统。

e.第二代车载诊断系统(OBDⅡ)。

f.自适应ACC(AdaptiveCruiseControl)系统。

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