汽車電器系統(tǒng)研究與探討

劉琪

摘要：隨著社會的發(fā)展的經(jīng)濟的進步，汽車逐漸走進大多數(shù)人的家庭中。汽車市場競爭呈現(xiàn)出空前的激烈。汽車電器系統(tǒng)作為汽車最核心的部分，加強汽車電氣系統(tǒng)的研究，對于提高汽車的性能和汽車企業(yè)的市場競爭力具有重要作用。

關(guān)鍵詞：汽車；電氣系統(tǒng)；研究

由于社會經(jīng)濟得到迅速發(fā)展.提高了人們的生活水平.同時人們對現(xiàn)代主要的代步工具.即汽車要求也更高不但要求汽車的安全、運載、快捷、操作簡單等基本功能，還要求具備舒適、環(huán)保、靈活、美觀等特點，因此。汽車電氣設(shè)備得到不斷改善為汽車性能得到提高的同時減輕車身重量.因此.使用電子設(shè)備取替機械部件隨著電氣產(chǎn)品增多.汽車上的導線數(shù)量和長度、種類也隨之增加.尤其增加最快的是信號線車載電氣系統(tǒng)面臨著更高的要求與更大的挑戰(zhàn).尤其是對輸出功率具有更高的要求。

一、汽車電氣系統(tǒng)的基本構(gòu)造

隨著汽車的智能化發(fā)展，汽車上的電氣設(shè)備也越來越多，汽車電子化已經(jīng)成為了衡量汽車先進水平的重要標志。汽車電氣系統(tǒng)主要由電源、電氣設(shè)備以及配電裝置三大部分組程，其中電源又包括蓄電池與發(fā)電機，而電氣設(shè)備分為起動機、

點火裝置、照明與信號燈、儀表與報警燈以及其它的電器設(shè)備；而配電裝置分為中央接線盒、保險裝置、控制開關(guān)、導線和接插件等等。

二、汽車電器系統(tǒng)的可靠性

1.汽車電器可靠性設(shè)計，汽車質(zhì)量的考核指標非常嚴格，尤其是可靠性。然而，汽車電器系統(tǒng)的可靠性在一定程度上是受汽車的設(shè)計和制造影響，為了保證汽車的質(zhì)量，必須在設(shè)計過程中考慮汽車的可靠性。通過對用戶的調(diào)查和收集的相關(guān)資料表明，大部分汽車發(fā)生故障，其主要原因都涉及到汽車的設(shè)計上，這說明做好汽車的可靠性設(shè)計工作可以減少汽車故障的發(fā)生。

2.汽車電器可靠性評估，制定關(guān)于汽車電器可靠性評估標準，可以讓我們對汽車可靠性的認識有一個深入的了解。國家和行業(yè)都對汽車的可靠性評價指標做出了最低標準值。在制定汽車電器可靠性標準同時，完善對汽車可行性標準的補充，對汽車可靠性評估檢測一般分為兩大類，即可維修車輛整體的可靠性和不可維修車輛零部件的可靠性。可維修車輛整體的可靠性檢測評估包括：平均首次路障里程、平均故障間隔里程、有效率、當量故障率和中和評定值等。

三、汽車電氣開關(guān)的作用與分類

開關(guān)是汽車電氣系統(tǒng)中不可缺少的重要部件。開關(guān)的作用主要是用來控制汽車的各種電氣設(shè)備。開關(guān)的性能必須安全、可靠、耐用且便于操縱。電力電子功率開關(guān)器件是感應加熱電源技術(shù)的基礎(chǔ)，是感應加熱電源裝置的心臟。常用的電力電子功率開關(guān)器件有單向晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、大功率晶體管、功率場效應管、絕緣柵雙極型晶體管等，每種功率開關(guān)器件又根據(jù)不同的工作參數(shù)和用途，分成多種系列和不同型號規(guī)格的產(chǎn)品；在實際應用中，應根據(jù)產(chǎn)品的極限參數(shù)、工作參數(shù)、性能特點、控制方式及附加電路的繁簡，經(jīng)綜合考量后確定所選器件的型號規(guī)格。電力半導體模塊是把兩個或兩個以上的電力電子功率開關(guān)器件的芯片按一定的電路連接，與輔助電路共同封裝在一個絕緣樹脂外殼內(nèi)制成。由于功率開關(guān)器件的模塊化，使各種電力電子裝置的效率、體積、重量、性能、可靠性和價格等技術(shù)指標和經(jīng)濟指標得到進一步改善和提高，因此當前晶閘管模塊、大功率晶體管模塊、功率場效應管模塊、絕緣柵雙極型晶體管模塊得到蓬勃發(fā)展和廣泛應用。在晶閘管模塊的基礎(chǔ)上，將晶閘管移相觸發(fā)電路與保護取樣傳感器電路共同封裝為一體，制成了晶閘管集成智能模塊（ITPM），從而使電力電子裝置的體積進一步縮小，可靠性進一步提高，安裝維修更加方便，使用操作更加簡單。為了適應微機控制和大容量工業(yè)電力變流裝置和電動機驅(qū)動的要求，在絕緣柵雙極型晶體管智能控制模塊的基礎(chǔ)上把變流裝置的全部硬件集成在同一芯片上，開發(fā)出高集成化、智能化、標準化、適合各種不同應用要求的用戶專用功率模塊（ASPM），如絕緣柵雙極型晶體管逆變專用功率模塊就是把逆變裝置的整流器、逆變器的絕緣柵雙極型晶體管和FWD、制動絕緣柵雙極型晶體管及快速二極管集成在一個芯片上，不再用額外的引線連接，因而體積小、重量輕、系統(tǒng)成本低、寄生電感小、可靠性更高。

四、電動汽車電氣系統(tǒng)及其安全性分析

1.電動汽車電氣系統(tǒng)，如圖1所示，電動汽車的電氣系統(tǒng)主要包括電力驅(qū)動模塊、車載電源模塊以及輔助模塊。其中，電力驅(qū)動模塊的功能是將蓄電池中儲存的電能轉(zhuǎn)換成車輪的動能，并在電動汽車減速制動時，將車輪的動能轉(zhuǎn)換成電能并將其存儲在動力蓄電池中，它主要是由驅(qū)動電機、電機控制器和傳動系統(tǒng)等構(gòu)成；車載電源模塊的功能是為驅(qū)動電機提供電能、監(jiān)測電源的使用情況以及控制充電機為動力蓄電池充電，它主要是由車載充電機、動力電池組和電池管理系統(tǒng)等構(gòu)成；輔助模塊的功能是為燈光、儀表等電動汽車其他輔助裝置提供正常工作所需要的動力電源，它主要是由輔助電池和DC/DC功率變換器等構(gòu)成。由于動力電池、驅(qū)動電機以及DC/DC功率變換器屬于重要的高壓電氣單元，保障其安全性和可靠性對于保障電動汽車高壓電氣系統(tǒng)的安全性具有全局性的作用。因此，本文以動力電池、驅(qū)動電機以及DC/DC功率變換器為例對其安全性進行深入分析。

2.電動汽車電氣系統(tǒng)安全性能分析，（1）動力電池安全性分析動力電池是電動汽車驅(qū)動能量的唯一能源，其性能直接影響電動汽車的續(xù)航能力以及安全性，需具備以下特點：高能量密度、制造成本低、壽命長，維修少、活性物質(zhì)存放長；自放電自衰減小、充放電性能好、效率高；設(shè)備簡單、尺寸小、安全性能好、更換快捷、少量或無需特殊維護設(shè)備等。本文以市場上最為常見的磷酸鐵鋰電池為例進行安全性分析。磷酸鐵鋰電池是一種以磷酸鐵鋰為正極材料的Li+（鋰離子）電池。充電時，Li+在電場力的作用下進入電解液，穿過隔膜后再次從電解液遷移至石墨晶體表面上，然后嵌入石墨晶格中。放電時，Li+從石墨晶體中脫嵌出來進入電解液，穿過隔膜后遷移到磷酸鐵鋰晶體的表面，然后再次嵌入到磷酸鐵鋰晶格。在濫用情況下磷酸鐵鋰電池存在著安全隱患，磷酸鐵鋰電池在使用過程中會產(chǎn)生氣體，當氣體在電池體內(nèi)累積到一定程度時，電池內(nèi)部壓力會突然

異常增大從而導致電池解體爆炸。另外，在電池制造和循環(huán)過程中會產(chǎn)生單質(zhì)鐵，單質(zhì)鐵的持續(xù)累積將會導致電池隔膜刺穿，內(nèi)部短路風險高，從而造成危害。（2）驅(qū)動電機安全性分析驅(qū)動電機是一種基于電磁感應定律來實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的電磁裝置。在高溫濕熱情況下，驅(qū)動電機外表面易出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。另外，驅(qū)動電機在工作過程中遇到鹽霧、浸泡等情況時容易引發(fā)安全事故，無法正常工作。因此，

對驅(qū)動電機進行安全檢測時需要進行過載能力試驗、接觸電流試驗、絕緣電阻試驗和介強度試驗，以確保驅(qū)動電機的安全。（3）DC/DC功率變換器安全性分析

作為在直流電路中將一個電壓值的電能轉(zhuǎn)換為另一個電壓值的電能裝置，DC/DC功率變換器生產(chǎn)工藝復雜，制造過程控制不嚴將會直接影響其工作性能，產(chǎn)生異響和燒焦氣味，引發(fā)安全事故。另外，在電動汽車行駛過程中，振動頻率較高，DC/DC功率變換器易產(chǎn)生松動和損壞，無法進行正常工作。當DC/DC功率變換器殼體受到重物撞擊時，也容易產(chǎn)生塑性變形。

隨著當前我國經(jīng)濟和科學技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對汽車的需求日益增大，在一定程度上促進了汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車電器系統(tǒng)使用越來越廣泛，汽車電器系統(tǒng)的可靠性也顯得至關(guān)重要。

參考文獻：

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