汽車電氣系統的案例
純電動汽車高壓電氣系統設計原理
本文介紹了純電動汽車高壓電氣系統原理設計的各個方面和注意事項，文章對多個研發項目中純電動汽車高壓電系統出現的故障及存在的安全隱患進行分析，并提出一整套針對高壓電系統安全防護、故障處理及碰撞安全的設計方案，對純電動汽車高壓系統安全設計具有一定的參考意義。
01
純電動汽車電氣系統安全分析
純電動轎車電氣系統主要包括低壓電氣系統、高壓電氣系統及 CAN 通訊信息網絡系統。
1、低壓電氣系統采用 12 V 供電系統，除了為燈光照明系統、娛樂系統及雨刷器等常規低壓用電器供電外，還為整車控制器、電池管理系統、電機控制器、DC/DC 轉換器及電動空調等高壓附件設備控制回路供電；
2、高壓電氣系統主要包括動力電池組、電驅動系統、DC/DC 電壓轉換器、電動空調、電暖風、車載充電系統、非車載充電系統及高壓電安全管理系統等；
3、CAN 總線網絡系統用來實現整車控制器和電機控制器、以及電池管理系統、高壓電安全管理系統、電動空調、車載充電機和非車載充電設備等控制單元之間的相互通信。
人體的安全電壓及電流
純電動汽車電壓和電流等級都比較高，動力電壓一般都在 300～400 V（直流），電流瞬間能夠達到幾百安。人體能承受的安全電壓值的大小取決于人體允許通過的電流和人體的電阻。有關研究表明，人體電阻一般在 1 000～3 000 Ω。人體皮膚電阻與皮膚狀態有關，在干燥、潔凈及無破損的情況下，可高達幾十千歐，而潮濕的皮膚，特別是受到操作的情況下，其電阻可能降到 1 000 Ω 以下。由于我國安全電壓多采用 36 V，大體相當于人體允許電流 30 mA、人體電阻 1 200 Ω的情況。所以要求人體可接觸的電動汽車任意 2 處帶電部位的電壓都要小于 36 V。
展開 談談純電動汽車高壓電氣系統設計原理
根據國際電工標準的要求，人體沒有任何感覺的電流安全閾值是 2 mA，這就要求人體直接接觸電氣系統任何一處的時候，流經人體的電流應該小于2 mA 才認為整車絕緣合格。
因此，在純電動汽車的開發過程中，應特別考慮電氣系統絕緣問題，嚴格按照電動汽車相關國標標準要求設計，確保絕緣電阻能夠滿足人身安全需求，保證絕緣電阻值大于 100 Ω/V。
二、電動汽車高壓電氣系統安全設計概述
相對于傳統汽車而言，純電動汽車采用了大容量、高電壓的動力電池及高壓電機和電驅動控制系統，并采用了大量的高壓附件設備，如：電動空調、PTC 電加熱器及 DC/DC 轉換器等。由此而隱藏的高壓安全隱患問題和造成的高壓電傷害問題完全有別于傳統燃油汽車。
根據純電動汽車的特殊結構及電路的復雜性，并考慮純電動汽車高壓電安全問題，必須對高壓電系統進行安全、合理的規劃設計和必要的監控，這是電動汽車安全運行的必要保證。
1、高壓系統構成
圖1示出純電動汽車高壓系統框圖。作為純電動汽車高壓系統安全管理的單元，合理的功能布局和安全可靠的控制策略是實現該系統功能的重要保證。
圖1 純電動汽車高壓系統框圖
2、高壓電氣安全系統的總目標
高壓電氣系統控制與安全管理和故障診斷的總目標是確保純電動汽車在靜止、運行及充電等全過程的高壓用電安全。
三、高壓電氣系統安全設計
根據純電動汽車安全標準要求，并從車載儲能裝置、功能安全、故障保護、人員觸電防護及高壓電安全管理控制策略等方面綜合考慮，應對電動汽車高壓電系統進行以下四方面設計。
展開 收購 COMSA 西門子鞏固汽車電氣系統設計領域領先地位
COMSA是一家位于慕尼黑專門從事電氣系統設計和線束工程軟件開發的公司，其 LDorado套件是德國領先的汽車線束設計和工程軟件，反映了公司深厚的本地專業知識，并憑借久負盛名的產品組合和對標準的高度重視牢牢占據市場領先地位。COMSA的團隊和技術將加入Siemens PLM Software 旗下的Mentor業務，并且將為西門子的產品組合新增關鍵線束工程和設計數據分析功能。
Bishop 和 Associates 預計，2017年電纜組件市場的全球收入將達到1550億美元，其中約30%來自汽車行業。Cowen Research在2018年10月19日的一項研究結果顯示，“線束現已成為汽車中成本第三高的部件（僅次于發動機和底盤）。一次生產一個線束，大概占整車勞動力成本的50%。此外，線束還是第三重的部件（排在底盤和發動機之后）。任何能夠減少線束重量的技術都會直接有助于節省燃料 。”通過此次收購，西門子計劃在全球范圍內推廣新技術產品，以應對自動駕駛汽車、電動汽車等大趨勢對汽車線束行業造成的干擾。
西門子的Capital軟件是最近收購的Mentor Graphics 組合的一部分，從電氣/電子架構開發延伸到電氣系統設計和服務，再延伸到線束設計和制造。COMSA的加入增加了關鍵線束工程和設計數據分析技術，為新出現的數據標準提供了強有力的支持，尤其是在歐洲。
COMSA首席執行官Josef Biermeier表示，“西門子收購COMSA之后，我們能夠參與并貢獻于這個不斷增長的市場，但是其方式和地點我們都無法獨自實現。COMSA的LDorado軟件在線束工程和分析領域的實力是對 Mentor 開發的Capital組合的完美補充，我們非常期待能夠一起加入這一旅程。這對我們兩家公司、我們的客戶以及整個汽車行業都是雙贏。”
展開 汽車電子電氣行業IPD及研發管理解決方案分享 | 達索系統百世慧
在研發管理領域，百世慧公司長期聚焦汽車零部件行業研發與制造數字化落地方案的探索與研究，本次會議主要圍繞IPD落地實踐、項目群與項目管理、達索PLM產品助力IPD落地等內容進行全面分析和講解。
會議議程
講師介紹
陳小芳IPD高級顧問
擁有超過十年以上的運營管理經驗，通過華為RDPMP、6SIGMA認證，熟悉項目群/項目管理;熟悉制造&研發&供應鏈管理，對企業業務流程再造&IT系統建設、企業數字化轉型有較好的理解。
董純冬PLM高級顧問
擁有超過16年的PLM系統建設從業經驗，先后參與過華為、格力、邁瑞、海康威視、長安汽車、聯合汽車電子、首鋼、河北鋼鐵等眾多企業的PLM系統和MES建設。對IPD如何落地數字化系統有獨特的看法。
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汽車資料推薦 I 電動、電機、電氣、電子等各方面...不容錯過
汽車電氣電子系統正變得越 來越復雜，從而大大增加了現在汽車設計任務的困難度。 信息娛樂、舒適性和便利性特征甚至重要的安全和排放系 統（比如轉向和節流控制）都通過電動計算機、執行器和 傳感器來實現。
由于車內每個系統都采用電力驅動，因此電動車只會進一 步增加這一挑戰。 隨著系統數量的增加，作為車輛動力來源的電池承受的載 荷也會增加，這包括向汽車驅動電機輸送電力的超高壓傳 輸線。這些電線需要附加設計指引，以確保捆綁和線路正 確。為了成功，電動車制造商需要將所有這些特征集成到 一個安全、可靠、高質量的包中。
使這一挑戰變得更加嚴峻的是，電動車要求進行廣泛的測 試和驗證，以確保車輛安全，同時使車輛的行駛里程和性 能最大化。為了保持競爭力，制造商需要將通過仿真和實 際測試 Manufacture 獲得的經驗融合到電動車設計中。
電動和無人駕駛車輛對售后維修及維護的影響
汽車行業的電氣化和自主化趨勢將對車輛工程、制造和維 修產生廣泛影響。電動和無人駕駛車對售后維修環境產生 的第一個重大影響來自從車內復雜機械系統向電氣系統的 過渡。由于內燃機的存在，目前的車輛多為機械型。不過， 隨著市場對電動動力系統的需求持續增加，車輛的機械推 進方式將很快過時，內燃機將被復雜度相對較低、維修少 很多的電機取代。
電動和無人駕駛車輛為維修環境帶來了獨一無二的復雜挑 戰，可能需要特殊培訓或定制過程來管理這些挑戰。維修 技師需要新的技術和專門知識來有效、安全地診斷和修理 電動和無人駕駛車輛。
車輛電氣電子架構設計的實際考量因素
本白皮書描述了與開發當今復雜、高度連接的道路車和越野車電氣電子架構相 關的挑戰和考量因素，討論了必須考慮的彼此依存的設計目標，以及可用于減 少與解決這些復雜性相關風險和時間的技術。
展開 電氣設備接地系統：IT系統、TT系統、TN系統接地方式簡述
低壓配電接地系統分為IT系統、TT系統、TN系統三種形式，而這三種接地方式非常容易混淆。今天就來說說這三種系統的原理、特點和適用范圍，希望能對廣大的電氣人有所幫助。
一、定義
根據現行的國家標準《低壓配電設計規范》（GB50054），低壓配電系統有三種接地形式，即IT系統、TT系統、TN系統。
（1）、第一個字母表示電源端與地的關系
T-電源變壓器中性點直接接地。
I-電源變壓器中性點不接地，或通過高阻抗接地。
（2）、第二個字母表示電氣裝置的外露可導電部分與地的關系
T-電氣裝置的外露可導電部分直接接地，此接地點在電氣上獨立于電源端的接地點。
N-電氣裝置的外露可導電部分與電源端接地點有直接電氣連接。
二、分別對IT系統、TT系統、TN系統進行全面剖析
1、IT系統
IT系統就是電源中性點不接地，用電設備外露可導電部分直接接地的系統。IT系統可以有中性線，但IEC強烈建議不設置中性線。因為如果設置中性線，在IT系統中N線任何一點發生接地故障，該系統將不再是IT系統。
圖1 IT系統接線圖
IT系統特點：
IT系統發生第一次接地故障時，僅為非故障相對地的電容電流，其值很小，外露導電部分對地電壓不超過50V，不需要立即切斷故障回路，保證供電的連續性；－發生接地故障時，對地電壓升高1.73倍；－220V負載需配降壓變壓器，或由系統外電源專供；－安裝絕緣監察器。使用場所：供電連續性要求較高，如應急電源、醫院手術室等。
IT 方式供電系統在供電距離不是很長時，供電的可靠性高、安全性好。一般用于不允許停電的場所，或者是要求嚴格地連續供電的地方，例如電力煉鋼、大醫院的手術室、地下礦井等處。地下礦井內供電條件比較差，電纜易受潮。
展開 汽車48V系統技術應用淺析
汽車48V系統技術應用淺析
隨著國家對車輛油耗和排放標準的進一步提高，節能減排成為個汽車企業需要共同面對的課題。48V系統具有投入低、節能減排明顯的特點，能夠明顯提高車載電源功率，成為近期汽車行業研究的熱點。本文將以汽車48V系統的發展和應用著手，簡單為大家呈現48V系統現狀和未來趨勢。
線束工程師：線束搭鐵設計原則與接地分配原理概述
我們知道整車電源分配和搭鐵設計是汽車線束設計中的核心部分，良好的線束搭鐵設計是電源傳輸與信號傳遞的重要保證。如果搭鐵點選取不當，很容易造成信號干擾，從而影響電器件的功能實現。本文將針對線束搭鐵設計進行詳細闡述。以下為正文。
1 單線制與負極搭鐵
整車搭鐵系統有兩個重要的概念：單線制和負極搭鐵。單線制指的是在汽車電子系統中從電源到用電設備只用一根導線相連，而用汽車車身、底盤、發動機等金屬機體作為另一公用導線。由于單線制節省導線，線路簡化清晰，安裝和檢修方便，且電器件也不需要與車體絕緣，所以現代汽車電氣系統普遍采用單線制。
汽車電氣系統采用單線制時，蓄電池的一個電極接到車體上，俗稱“搭鐵”。若蓄電池的負極與車體相接，就稱負極搭鐵，反之為正極搭鐵。按照國家標準規定，國產汽車電氣系統均采用負極搭鐵。
2 搭鐵點的分類與介紹
1） 電源搭鐵蓄電池負極樁頭上的零電位。
2） 整車搭鐵整車上互相導通的，可導電的車身鈑金、底盤或者發動機零部件等。
3） 電源信號搭鐵整車上各類電氣元器件的電源饋線。按照回路中的電流的大小/波形，可劃分為“臟搭鐵”或者“干凈搭鐵”。
干凈搭鐵：峰值電流小于1 A的搭鐵，如傳感器信號反饋或者不同零部件之間的控制信號（例如網絡通信）。
臟搭鐵：峰值電流大于1 A的脈沖寬度調制負載和大于1 A的開關負載，如電機類和開關類負載。
4） 射頻搭鐵經常被用作控制射頻干擾的搭鐵。這類搭鐵一般都是通過裝配直接裝在車身鈑金上，不能用作任何搭鐵電流的旁路。
5） 天線搭鐵如收音機天線搭鐵。
展開 航空前沿技術 | eVTOL系統設計的復雜性解析及電氣／電子系統開發解決方案
盡管電動垂直起降( eVTOL )飛機的發展勢頭強勁，但電氣／電子系統開發仍然面臨著諸多挑戰。</p><p>本期為大家整理了航空航天電子/電氣行業關于基于模型的eVTOL開發方法、電動垂直起降飛機電氣/電子系統開發、電氣電子系統開發-引領eVTOL走向成功的關鍵的最前沿方案。</p><h3><strong>前沿方案精彩要點梗概 </strong></h3><p>● eVTOL飛機市場的主要趨勢</p><p>● eVTOL市場主要趨勢對于飛機制造商的影響</p><p>● 細分eVTOL系統設計的復雜性</p><p>● 成功的電氣／電子（E/E）系統開發平臺的特性</p><p>● 西門子推出的Capital E/E系統開發解決方案如何助力飛機制造商進行創新并且更快、以更具成本效益的方式將eVTOL解決方案推向市場</p><h3><strong>eVTOL市場趨勢及其對于eVTOL初創企業的影響 </strong></h3><p>eVTOL初創企業面臨的一些主要市場趨勢是什么？成百上千的企業都在試圖開發電動汽車、城市空中交通，因此競爭激烈；但只有為數不多的、率先實現生產的企業會在競爭中獲勝。</p><p>此外，由于eVTOL初創企業所處的環境發展迅速，管理系統復雜性可能困難重重，因而導致不必要的開發和測試迭代。</p><p>最后，eVTOL初創企業可能選擇將生產工作外包給外部制造機構，因此需要與供應商建立伙伴關系和實用的數字溝通渠道，從而盡可能降低響應更改的難度。</p><h3><strong>eVTOL復雜性和新挑戰 </strong></h3><p>eVTOL電氣／電子系統設計的復雜性帶來了新的挑戰，因為這些類型的飛機依賴電動推進系統。其中包括：人為錯誤削弱手動方法的功效，造成集成問題。
展開 汽車發動機ECU系統研發技術解析
2.4 主要試驗項目
主要試驗項目包括：發動機和汽車臺架試驗、發動機噪聲與振動試驗、發動機懸置的振動頻率測量試驗、排氣系統的耐久性試驗、發動機過濾器和冷卻系統的壓力和流動試驗。
3 發動機的電氣匹配技術
3.1 發動機管理系統及其開發技術
3.1.1 發動機管理系統
發動機管理系統（EMS）是在發動機電子點火和電控汽油噴射系統的基礎上，發展起來的集電子控制噴射、排放控制、電子點火、起動、防盜、診斷等功能于一體的集成電路系統。EMS能實現對發動機各系統的精確和靈活控制，是改善發動機各項性能指標和排放的主要手段。發動機管理系統由微處理器、各種傳感器、執行器組成，通過傳感器檢測各種工作狀態和參數，然后由微處理器經過計算、分析、判斷后發出指令給各執行器完成各種動作，使發動機在各種工作狀況下都能以最佳狀態工作。
3.1.2 發動機管理系統開發技術
發動機管理系統開發技術涉及到計算機技術、自動控制、嵌入式系統、發動機技術等多個領域，是汽車電氣控制系統中最復雜的系統。目前汽車制造商在匹配發動機系統的過程中，不需要進行EMS的開發工作。這是因為通常由發動機供應商提供的基礎發動機上，已經配有現成的EMS，汽車制造商僅需要聯系相應的EMS開發商進行標定工作。
目前流行的EMS開發過程是，在MATLAB Simulink仿真計算平臺上，采用可視化和模塊化的方法，建立發動機控制模型，待調試成功后，編譯成機器執行代碼，然后下載到汽車ECU中。例如英國 Pi技術公司推出的發動機和汽車控制系統OpenECU開發工具，提供了一種自動代碼生成和快速原型的解決方案，它的應用范圍包括發動機、變速器、底盤和混合動力控制系統以及汽車批量生產系統。OpenECU平臺能夠在MATLAB Simulink環境中自動生成控制代碼，然后在汽車ECU中運行。
展開 電氣一次系統圖形及符號
由電氣一次設備相互連接，構成發電、輸電、配電或進行其他生產過程的電氣回路稱為一次回路或一次接線系統。
什么是建筑電氣防雷接地系統？詳細解讀！
01 接地系統的5個基本概念
提到接地，大家第一想到的是不是接地極？其實接地是一個系統，而不是單一的存在，今天給大家分享接地的基本概念。提升自己不必每分鐘都學習，但求學習中每分鐘都有收獲。
1.什么是地
地，是指能供給或接受大量電荷，可用來作為良好的參考電位的物體，一般指大地，工程上 取為零電位。電子設備中的電位參考點也稱為“地”，但不一定與大地相連。
2.接地
將電力系統或電氣裝置的某些導電部分，經接地線連接至“地”，通常指接地極。
3.接地極和接地極系統（接地裝置）
為提供電氣裝置至大地的低阻抗通路而埋入地中，并直接與大地接觸的金屬導體，稱為接地極。兼作接地極用的直接與大地接觸的各種金屬構件、金屬管道、金屬井管、建（構）筑物和設備基礎的鋼筋等稱為自然接地極。
由各接地極、總接地端子或接地母線及它們之間的連接導體組成的系統，稱為接地極系統（接地裝置）。一般取總接地端子或接地母線為電位參考點。
4.接地線
電氣裝置的接地端子與總接地端子或接地母排連接用的導體，稱為接地線。
5.接地系統
接地線和接地極系統的總和，稱為接地系統。
02 功能性接地與保護性接地
根據接地的不同作用，一般分類如下
1.功能性接地
用于保證設備（系統）的正常運行，或使設備（系統）可靠而正確地實現其功能。如：
（1）工作（系統）接地。根據系統運行的需要進行的接地，如電力系統的中性點接地、電話系統中將直流電源正極接地等。
（工作接地）
（2）信號電路接地。
展開 電氣原理快速設計系統ERDS
電氣原理快速設計系統
是專用于定義和分析射頻鏈路工作原理與各電器元件相互關系的設計工具。采用模板化的電路搭建方式，快速搭建射頻鏈路，并進行快速的計算求解及實時性能結果顯示。系統采用模塊化框架將建模、設計、仿真模塊進行解耦，以支撐針對不同產品類型的定制化場景配置。同時，提供支持自定義接口的模型結構，結合生產、測試的驗證優化，可建立有效、自主的器件級模型并集成應用。
01
功能特色
電氣原理快速設計系統主要包括模型管理、鏈路建模、鏈路仿真、標準化輸出等功能模塊。
1
模型管理
模型管理是設計建模的基礎，提供器件模型的管理空間，并基于不同應用場景展示適用的器件符號視圖，供鏈路建模功能調用。
展開 電氣系統隱患100圖
電氣隱患排查
機械，聲學和電氣系統之間的類比
在低頻率下，機械，聲學和電氣系統之間存在直接的類比。因此，機械系統問題可以轉換成聲學系統或電氣系統問題，并通過解決聲學問題或電氣問題得到解決。由于這個類比關系，人們可以通過計算他們最熟悉的系統來自由選擇解決問題的方式，因此理解機械，聲學和電氣系統之間的這種類比成為一項重要的知識。這種類比的假設是系統組件可以被認為是“集中”系統，忽略其本身行為。這對于低頻來說通常是正確的，其波長與我們研究元素的物理單元尺寸相比足夠大，所有元素可以認為是“質點”或者“集中”元素并且可以忽略其單元動態特性。例如，質量塊可以認為是內部每個點都表現為剛體并等效為單個質量。在整個空間中，空腔內的壓力被認為是均勻的等等。理論上，這種類型的系統被稱為“集中”系統。
機械，聲學和電氣系統的控制方程非常相似，很自然地認為這些系統中存在類似的基本行為。這最終導致了這些系統之間的類比發現。
看一下眾所周知的第二運動定律和機械系統
電學系統：
也可以得到聲學系統公式：
可以很容易的發現如下類比關系：
機械阻抗與聲阻抗之間的關系是：
這里，U稱為體積速度=速度*面積（每單位時間的流量）
注意：除了上面的直接類比或有時稱為阻抗類型的類比，有時還有另一種類比稱為電導類型的類比，簡要說明如下：
以這種方式重寫機械系統的第二運動定律：
并與電氣系統進行比較：
以及一個聲學系統：
人們可以很容易地看到另一種類比也存在：
這被稱為電導式類比。電導類比只是看待同一系統的另一種方式。用戶可以判斷使用哪種類比。這兩種類比都應該產生完全相同的結果。
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