汽车电力电子学

　　汽车电力电子学是以汽车构造、现代电力电子技术、计算机技术、电工学、电子学、控制技术为基础，研究电力电子器件、电路以及装置在汽车中应用。希望通过对本教材的学习，使高校车辆工程或相关专业的本科生以及研究生能够对电力电子器件、电路以及发电机和起动机的控制、汽车42V电气系统、电动助力转向系统、新能源动力汽车中的能量变换和控制以及电机驱动等知识有较深刻的理解和掌握。

　　高大威，清华大学汽车工程系副研究员，工学博士。长期致力于汽车电力电子技术的教学和科研工作。从“十五”开始承担国家863“电动汽车”项目，具体研究方向为：电动汽车电机驱动控制技术、电动汽车动力系统构型与参数匹配优化技术、新能源汽车电气系统电能智能控制与分配技术、车用电池系统管理与集成技术等。在电动汽车领域发布论文50余篇，其中20余篇被SCI/EI收录，申请发明专利30余项，授权近20项。其科研成果获得国家技术发明奖二等奖一项，北京市科学进步奖一等奖一项、二等奖两项，中国汽车工业进步奖二等奖两项。

1绪论

1.1概述

1.2汽车电力电子学的发展历程

1.3汽车电力电子学的应用领域

1.3.1传统汽车上的应用

1.3.2新能源汽车上的应用

1.4汽车电力电子技术的特点和发展趋势

1.4.1汽车电力电子技术的特点

1.4.2汽车电力电子技术的发展趋势

2汽车电力电子器件


2.1汽车电力电子器件概述

2.2半导体物理基础

2.2.1半导体中的电子状态和能带

2.2.2禁带宽度与宽禁带半导体材料

2.2.3本征浓度

2.2.4掺杂与杂质半导体

2.2.5载流子的漂移与扩散

2.2.6载流子的激发与复合

2.2.7PN结理论

2.2.8金属和半导体接触理论

2.3功率二极管

2.3.1功率PIN二极管

2.3.2功率肖特基势垒二极管

2.3.3功率混合PINSchottky二极管

2.4晶闸管

2.4.1晶闸管的结构和工作原理

2.4.2晶闸管的静态特性

2.4.3晶闸管的开关特性

2.5功率MOSFET

2.5.1功率MOSFET的结构和工作原理

2.5.2功率MOSFET的静态特性

2.5.3功率MOSFET的开关特性

2.6绝缘栅双极晶体管

2.6.1IGBT的结构和工作原理

2.6.2IGBT的静态特性

2.6.3IGBT的开关特性





目录




汽车电力电子学

3汽车电力电子系统的可靠性


3.1汽车电力电子系统可靠性基础

3.1.1可靠性的基本概念

3.1.2可靠性主要术语与特征量

3.1.3汽车电力电子系统的失效

3.1.4汽车电力电子系统的可靠性工作流程

3.2汽车电力电子器件的安全工作区与失效分析

3.2.1功率二极管的安全工作区与失效分析

3.2.2晶闸管的安全工作区与失效分析

3.2.3功率MOSFET的安全工作区与失效分析

3.2.4IGBT的安全工作区与失效分析

3.3无源元件的失效分析

3.3.1电阻器的失效

3.3.2电感器的失效

3.3.3电容器的失效

3.4汽车电力电子系统的安全工作区

3.5汽车电力电子器件的驱动和保护

3.5.1汽车电力电子器件的驱动

3.5.2汽车电力电子器件的保护

3.6汽车电力电子器件的热管理

3.6.1汽车电力电子器件热管理的作用

3.6.2汽车电力电子器件的封装

3.6.3汽车电力电子器件的基本传热方式

4传统汽车中的电力电子技术


4.1传统汽车中的电力电子电路结构

4.2汽车电源系统与三相全桥整流电路

4.3发动机电控系统中的电力电子技术

4.3.1汽油机电子点火系统

4.3.2发动机燃油喷射控制

4.4有刷直流电机的驱动控制

4.4.1有刷直流电机的结构和工作原理

4.4.2永磁直流电动机的数学模型与工作特性

4.4.3PWM控制基本原理

4.4.4永磁直流电动机的控制

4.5无刷直流电机的驱动控制

4.5.1无刷直流电机的结构和工作原理

4.5.2无刷直流电机的数学模型和工作特性

4.5.3电流滞环跟踪PWM控制

4.5.4无刷直流电机的控制

5电动汽车直流直流变换器


5.1直流直流变换器的作用与分类

5.1.1直流直流变换器的作用

5.1.2直流直流变换器的分类

5.2燃料电池汽车单向直流直流变换器

5.2.1燃料电池汽车动力系统构型

5.2.2降压型直流直流变换器

5.2.3升压型直流直流变换器

5.2.4升降压型直流直流变换器

5.2.5高电压增益直流直流变换器

5.2.6单向直流直流变换器的控制

5.2.7单向直流直流变换器的损耗

5.3双向非隔离型直流直流变换器

5.3.1双向非隔离型直流直流变换器的电路结构

5.3.2双向非隔离型直流直流变换器的控制

5.4交错式直流直流变换器的电路结构与控制

5.4.1交错式直流直流变换器的电路结构

5.4.2交错式直流直流变换器的控制

5.5隔离型直流直流变换器

5.5.1电动汽车隔离型直流直流变换器的特点

5.5.2全桥式直流直流变换器

5.5.3半桥式直流直流变换器

5.6直流直流变换器的软开关技术

5.6.1软开关的基本概念

5.6.2LLC谐振直流直流变换器

5.6.3有源钳位正反激直流直流变换器

6电动汽车驱动电机系统

6.1电动汽车驱动电机系统概述

6.1.1驱动电机系统的作用与驱动形式

6.1.2驱动电机的类型

6.1.3整车对驱动电机系统的技术要求

6.2永磁同步电机的结构、原理与控制

6.2.1永磁同步电机的结构与工作原理

6.2.2永磁同步电机的数学模型

6.2.3永磁同步电机的矢量控制

6.3交流感应电机的结构、原理与控制

6.3.1交流感应电机的结构与工作原理

6.3.2交流感应电机的数学模型

6.3.3交流感应电机的矢量控制

6.3.4交流感应电机的弱磁控制

6.4电压型逆变电路与脉宽调制技术

6.4.1电压型逆变器主电路结构

6.4.2三相电压型逆变电路的正弦脉宽调制

6.4.3三相电压型逆变电路的空间矢量脉宽调制

7电动汽车充电系统


7.1电动汽车充电系统概述

7.1.1电动汽车充电系统的分类

7.1.2电动汽车充电系统的构成

7.1.3电动汽车充电系统的要求

7.2充电系统中的整流电路

7.2.1单相桥式不控整流电路

7.2.2单相桥式全控整流电路

7.2.3三相桥式全控整流电路

7.2.4充电系统中的同步整流技术

7.3功率因数校正电路

7.3.1谐波和功率因数

7.3.2单相功率因数校正电路

7.3.3三相功率因数校正电路

7.4感应式无线电能传输

7.4.1耦合线圈的数学模型与等效电路

7.4.2耦合线圈的补偿与谐振电路

7.4.3耦合线圈的电能传输特性

7.4.4无线充电系统的电磁安全性

7.5充电系统的控制

7.5.1车载储能部件的充电模式

7.5.2传导式充电系统的控制

7.5.3无线充电系统的控制

7.6充电系统与电机驱动系统的集成

8汽车电力电子系统的电磁兼容


8.1电磁兼容基本概念与术语

8.1.1电磁兼容的基本概念

8.1.2主要的电磁兼容术语

8.2汽车电力电子系统的电磁噪声

8.2.1汽车电磁噪声的类型

8.2.2汽车电力电子系统电磁噪声的产生原因

8.2.3静电放电对汽车电力电子系统的影响

8.2.4汽车电磁噪声的耦合途径

8.3汽车电力电子系统电磁兼容性测试

8.3.1电磁兼容性测试中的单位及换算

8.3.2汽车电力电子系统电磁兼容性测试内容

8.4汽车电力电子系统电磁干扰的抑制

8.4.1屏蔽

8.4.2接地

8.4.3滤波

8.4.4隔离
附录主要术语索引
参考文献