增程式纯电动汽车原理与技术发展分析

增程式纯电动汽车技术指标

增程式电动汽车参数匹配的原则是根据整车动力总成结构特点和整车设计指标（动力性、经济性、续驶里程等），对整车动力总成的参数进行匹配。

鉴于增程器工作条件的特殊性，增程开发技术还需满足以下两点要求：
（1）稳定可靠，可快速进入使用状态
增程器作为能量补充装置，需要保证其稳定可靠，在需要启动该装置时，需保证可以立刻启动并进入正常工作状态。
（2）通过控制策略和优化措施，保证系统处于最佳状态
由于工况复杂，为了实现高效率和低排放的要求，要求系统处在最优工作点工作，因此控制器非常关键，需要通过控制策略和优化措施，在保证整车动力性前提下提高经济性和效率。



图表1：增程式电动汽车主要技术指标

增程式纯电动汽车原理

如果不考虑停车和充电过程，增程式纯电动汽车（EREV）的基本工作模式即分为纯电动模式和增程模式。

1、纯电动模式：属于电量消耗阶段
根据动力电池最佳工作区间特性，预先设计一个荷电状态SOC最低阂值SOCLOW，当电池SOC值处于这个阈值以上时，EREV处于纯电动模式。在纯电动模式，车辆与纯电动汽车一样，由动力电池提供能量，由驱动电动机提供行驶动力。



图表2：纯电动模式能量传递路线

2、增程模式：属于电量维持阶段
随着车辆在纯电动模式下运行，电池SOC逐渐降低，当低于设定阈值时，如果再继续使用电池，将会减少电池的使用寿命。这时，应当启动增程器，利用增程器发出的电能提供驱动电动机行驶，同时，多余的部分电能为电池充电，使电池SOC略微增加至预定阈值SOChi，并保持SOC处于前述两个闭值之间，即满足SOC1m≤SOC≤SOCh，直至停车充电，将电池充满，之后车辆行驶时，又进入纯电动模式。



图表3：增程模式能量传递路线

电源模块EMC设计
电动汽车资源网 ZLG致远电子

众所周知,EMC是指电磁兼容测试,指设备所产生的电磁能量既不对其它设备产生干扰,也不受其他设备的电磁能量干扰的能力。隔离电源模块的EMC测试包含EMI(电磁干扰)测试和EMS(电磁抗扰度)测试两项,那么如何保证电源模块的EMC性能呢?这里将为大家揭晓。

1、EMC简介

EMI电磁干扰指被测设备对周围设备产生干扰的能力,主要包括传导骚扰CE、 辐射骚扰RE。电源模块的EMS电磁抗扰度指由于在正常运行时,设备或系统能承受相应标准规定范围内的电磁能量干扰,根据国标根据国标GB/T 16821-2007 《通信用电源设备通用试验方法》中规定电源模块测试主要包括群脉冲抗扰度(EFT)、浪涌抗扰度(SURGE)、静电放电抗扰、辐射抗扰度等项目。

EMC的产生必须具备的三要素,干扰源、传输介质以及敏感设备,如下图1所示。三者缺一个都构不成EMC问题,那么电源模块的设计中仅需针对其中一个方面进行整改即可实现EMC防护,例如从干扰源进行根除、改善传输介质避免干扰传递或将敏感设备远离干扰源等方法。



图1 EMC三要素

2、EMC干扰防护第一式——电路设计

高功率密度、高转换效率的电源模块一般都是开关电源,在开关管开通、关断时,电压和电流都会被斩波,造成较大瞬态变化(di/dt、dv/dt),所以电源模块不论其使用什么样的拓扑结构,只要是开关电源,其都会产生一定程度的EMC干扰如图2所示。



图2 开关电源常见拓扑与斩波

电源模块的EMC性能可通过优化自身拓扑结构和规范PCB设计进行提升。例如:

l 电路设计中,以先保护后滤波为原则,保护器件应放置在离产品的静电导入口最近的地方;

l 拓扑设计中,选择连续导通模式(CCM)的拓扑,例如Boost、全桥、推挽等拓扑;

l 在电路防护方面,开关管建议加RC吸收电路和RCD吸收电路,且靠近开关管放置,从而降低尖峰电压,在EMC传输路径上使用π型滤波和全波整流电路等滤波电路,具体可参考图3;

l PCB设计中,尽可能地大面积铺地,并且尽量减小对地平面的分割,减小回路面积,从而降低干扰。避免出现大面积孤立铜区,大面积孤立铜区会因电磁等原因影响模块的可靠性;减少布线的长度,从而减小动态节点处电感,避免产生较强的电磁场。



图3 电源模块EMC优化拓扑

3、EMC干扰防护第二式——器件选择

电源模块的元器件选择会直接的影响模块的整体性能,接下来将为大家从电源芯片、高频变压器、场效应管以及共模电感等方面介绍,具体如下所示。

l 高频变压器:应保证直流损耗低、交流损耗低,漏感小,并且需要良好的绕组布局让绕组之间有良好的屏蔽,从而使开关电源工作时,在漏极产生的尖峰尽可能的小;

l 场效应管:关注其导通电阻和低栅极电荷两项参数,这两项即影响模块的EMC性能也影响整体的效率,所以要做好两者的平衡;

l 共模电感:与其他无源器件相同,关注其电参数,例如额定电压、额定电流、电感量以及漏感等参数

l 滤波电容:应用于输入端进行滤波;应用于输出端吸收开关频率及高次谐波电流分量,需求趋势是小型大容量化、高频低阻抗化以及高耐压;

l 压敏电阻:要求最大直流工作电压大于电源及信号线直流工作电压。



图4 电源模块部分元器件

4、EMC干扰防护第三式——外围保护

电源模块作为模块类产品,对于体积的要求较高,如果仅要依靠电源模块内部的设计满足要求,则产品的体积会非常之大,成本会非常昂贵,因为吸收EMS的电子元器件的体积都很大,所以高等级的EMC干扰防护只能通过外围电路设计来满足系统的EMS要求。

根据国标GB/T 16821-2007 《通信用电源设备通用试验方法》中规定,传导骚扰(CE)的波形大体是分为三种成份组成,分别是低频(150KHz~0.5MHz)、中频(0.5MHz~5MHz)以及高频(5MHz~30MHz)。而针对不同情况则需要不同的外围电路进行解决。

l 低频:属于差模骚扰,使用差模滤波电路解决;

l 中频:同时有差模和共模骚扰,由共模滤波电路和差模滤波电路共同解决;

l 高频:属于共模骚扰,使用差模滤波电路解决。

电源线中往往同时存在共模和差模干扰,因此电源EMI滤波器是由共模滤波电路和差模滤波电路综合构成,如图5所示。



图5 电源模块EMC外围推荐电路

5、EMC干扰防护第四式——优质的电源模块

对于自主搭建的电源模块,不仅研发周期较长和生产成本较高,且产品的一致性与可靠性均难以保证,此时可以选用一款优质的电源模块进行产品设计。

ZLG致远电子自主研发、生产的隔离电源模块,具有宽输入电压范围,隔离1000VDC、1500VDC、3000VDC及6000VDC等多个系列,封装形式多样,兼容国际标准的SIP、DIP等封装。同时致远电子为保证电源产品性能建设了行业内一流的测试实验室,配备最先进、齐全的测试设备,全系列隔离DC-DC电源通过完整的EMC测试,静电抗扰度高达4KV、浪涌抗扰度高达2KV,可应用于绝大部分复杂恶劣的工业现场,为用户提供稳定、可靠的电源隔离解决方案。