汽车电工电子技术 课件 模块八 新能源汽车电力电子关键技术

汽车电工电子技术Contents模块一汽车电子电路基础模块二直流电路模块三交流电路模块四磁场与电磁感应Contents模块五二极管与三极管模块六电动机与发电机模块七脉冲数字电路模块八新能源汽车电力电子关键技术学习目标模块四磁场与电磁感应

知识目标掌握DC/DC变换器、DC/AC变换器、IGBT的基本概念与分类；掌握DC/DC变换器、DC/AC变换器、IGBT的工作原理；掌握DC/DC变换器、DC/AC变换器、IGBT的关键参数与性能指标；了解DC/DC变换器、DC/AC变换器、IGBT在新能源汽车中的应用。技能目标能执行DC/DC变换器的测量与调试；能执行DC/AC变换器的测量与调试；能实施IGBT模块的检测与调试。素养目标通过正确执行DC/DC变换器、DC/AC变换器的测量与调试，培养安全操作意识和团队协作精神；通过正确实施IGBT模块的检测与调试，培养严谨细致的职业精神。模块八新能源汽车电力电子关键技术单元1

DC/DC原理及运用单元2

DC/AC原理及运用单元3IGBT原理及运用

在新能源汽车的世界里，DC/DC变换器扮演着至关重要的角色。新能源汽车的动力蓄电池通常输出高压直流电，然而，车内的诸多低压用电设备，如车灯、仪表盘、ECU等，却无法直接使用这种高压电。此时，DC/DC变换器便显现出重要作用，它能将动力电池的高压直流电高效转换为适合低压设备使用的稳定电压。同时，在电池管理系统中，DC/DC变换器也能精准调控电压，保障电池的安全与高效运行。学习DC/DC变换器的原理及运用，能让我们深入了解新能源汽车的核心技术，为未来的相关工作和研究打下坚实基础。单元一DC/DC原理及运用学习导入一.DC/DC变换器的基本概念与分类单元一DC/DC原理及运用

DC/DC变换器，即直流-直流变换器，是一种将固定或可变直流电压转换为另一种固定或可变直流电压的电子装置，如图8-1所示，其核心功能是通过电能转换实现电压匹配与能量高效传递。DC/DC变换器在新能源汽车中，它是高压系统与低压系统的“纽带”，也是车载充电机（OBC）、电池管理系统（BMS）的关键组件。此外，它在众多领域都有广泛应用，如光伏储能、消费电子等。图8-1

DC/DC变换器单元一DC/DC原理及运用

DC/DC变换器可按多种维度分类见表8-1。一.DC/DC变换器的基本概念与分类二.DC/DC变换器的工作原理单元一DC/DC原理及运用

DC/DC变换器的典型结构包括：开关器件、储能电感、滤波电容、续流二极管（或同步整流管）。其核心原理是通过半导体开关器件（如MOSFET、IGBT）的周期性导通与关断，结合储能元件（电感、电容）的能量存储与释放，实现电能的转换和传输。其中Buck电路和Boost电路原理图分别如图8-2和图8-3所示。图8-2

Buck电路原理图图8-3

Boost电路原理图二.DC/DC变换器的工作原理单元一DC/DC原理及运用

三.DC/DC变换器的主要工作模式单元一DC/DC原理及运用根据电感电流是否连续，DC/DC变换器分为两种模式：(1)连续导通模式（ContinuousConductionMode，CCM）。电感电流在整个开关周期内始终大于零，纹波较小，效率较高。适用于大功率或负载稳定的场景。(2)不连续导通模式（DiscontinuousConductionMode，DCM）。开关关断期间，电感电流会下降至零，存在断流阶段。输出电压对占空比更敏感，可能引入较大纹波，但动态响应较快。四.DC/DC变换器的关键参数与性能指标单元一DC/DC原理及运用

DC/DC变换器的性能直接影响新能源汽车用电设备的可靠性与能耗，其核心参数见表8-2。五.典型电路拓扑与汽车应用单元一DC/DC原理及运用

新能源汽车中最常用的DC/DC拓扑为Buck变换器（降压），其结构由开关管Q、续流二极管D、电感L、电容C组成，如图8-4所示。其特点包括：结构简单、成本低、效率高（95%以上），但输入输出不隔离。图8-4

Buck变换器拓扑结构图五.典型电路拓扑与汽车应用单元一DC/DC原理及运用

Buck变换器在新能源汽车中的应用包括：将动力电池高压（200~400V）转换为12V，为车灯、雨刮器、仪表等低压设备供电，如图8-5所示。图8-5

Buck变换器在新能源汽车低压供电系统中的应用模块八新能源汽车电力电子关键技术单元1

DC/DC原理及运用单元2

DC/AC原理及运用单元3IGBT原理及运用

在新能源汽车的世界里，DC/AC技术宛如一颗璀璨的明珠，发挥着至关重要的作用。汽车的动力系统中，电池输出的直流电须精准转换为三相交流电，才能驱动电机运转，让汽车飞驰在路上。同时，车载的各种电子设备，如空调、音响等，也依赖DC/AC转换来实现电能适配。掌握DC/AC原理，不仅是进行汽车维修诊断的基石，更是深入理解新能源汽车电力架构的关键所在。本单元学习，我们将深入探究DC/AC转换的底层逻辑与应用技巧，为后续学习电机控制、车载网络等知识筑牢根基。单元二DC/AC原理及运用学习导入一.DC/AC变换器的定义与核心功能单元二DC/AC原理及运用

DC/AC变换器（Inverter）是一种将直流电（DC）转换为交流电（AC）的电力电子装置，广泛应用于新能源汽车、光伏发电、不间断电源（UPS）等领域。在新能源汽车中，其核心功能包括以下方面，如图8-6所示。（1）驱动电机供电：将动力蓄电池的高压直流电转换为三相交流电，驱动永磁同步电机。（2）能量回收逆变：制动时，电机作为发电机产生交流电，通过DC/AC变换器逆变为直流电给电池充电。（3）低压设备供电：部分车型通过DC/AC变换器为车载220V交流设备（如车载冰箱、充电插座）供电。图8-6

DC/AC变换器功能二.DC/AC变换器的基本原理单元二DC/AC原理及运用DC/AC变换的核心是“逆变”过程，其原理可简化为以下步骤。①直流输入：动力电池提供300~400V高压直流电（或低压12V直流电经升压后输入）。②开关调制：通过半导体开关元件（如MOSFET、IGBT）的高频通断（通常频率为几十千赫兹至数百千赫兹），将直流电“斩波”为高频方波；如图8-7所示，三极管VT1和VT4导通，VT2和VT3截止，通过负载R的电流方向为从左到右；如图8-8所示，三极管VT1和VT4截止，VT2和VT3导通，通过负载R的电流方向为从右到左。③波形调制：采用PWM（脉冲宽度调制）技术，调整方波占空比，使输出波形近似正弦波。④滤波输出：通过电感、电容组成的LC滤波电路，滤除高频谐波，输出平滑的交流电。二.DC/AC变换器的基本原理单元二DC/AC原理及运用图8-7电流方向从左到右图8-8电流方向从右到左三.典型拓扑结构对比单元二DC/AC原理及运用

DC/AC变换器的拓扑结构决定了输出能力和应用场景，常见的有半桥逆变器、全桥逆变器、推挽式逆变器三种，见表8-3。

由表8-3可见，半桥逆变器结构简单，成本低，但输出功率有限；全桥逆变器输出功率大，性能好，但成本和复杂度较高；推挽式逆变器则在特定场合有其独特优势，但也存在一些局限性。四.关键参数与性能指标单元二DC/AC原理及运用

（1）效率是衡量DC/AC逆变器性能的重要指标之一，其定义式为：效率=输出有功功率/输入直流功率×100%。高效率意味着在转换过程中电能损耗小，能有效提高能源利用率。（2）THD（总谐波失真）反映了输出波形与理想正弦波的偏差程度。通常要求THD≤5%，以保护用电设备免受谐波干扰。例如，在一些对电能质量要求较高的电子设备中，如果THD过高，可能会导致设备发热、寿命缩短等问题。（3）输出电压稳定性也是关键参数之一，它确保了输出电压在一定范围内保持稳定。输出电压稳定性可以使用电压表在不同负载情况下进行监测。五.调制策略单元二DC/AC原理及运用

为了让输出交流电更接近正弦波，需采用调制策略控制IGBT的通断时序，主流策略有两种。（1）SPWM（正弦脉宽调制）：将正弦波作为参考信号，三角波作为载波，通过比较两者幅值生成PWM脉冲。特点是实现简单、谐波含量较低，适用于中小功率场景。（2）SVPWM（空间矢量脉宽调制）：以三相正弦波的合成矢量为控制目标，通过选择基本电压矢量组合逼近参考矢量。特点是直流电压利用率高（比SPWM高15%）、谐波更少，广泛应用于新能源汽车驱动系统。模块八新能源汽车电力电子关键技术单元1

DC/DC原理及运用单元2

DC/AC原理及运用单元3IGBT原理及运用

在新能源汽车蓬勃发展的当下，IGBT（绝缘栅双极晶体管）宛如一颗璀璨的明星，在动力系统和充电系统中占据着核心地位。在动力系统里，IGBT如同一位精准的指挥官，负责驱动电机的控制，将动力蓄电池的直流电转换为三相交流电，让电机高效运转；同时，它还能实现能量回收，提升能源利用效率。在充电系统中，IGBT把控着AC/DC转换和升压过程，确保电池安全快速充电。随着技术的发展，IGBT正朝着高功率密度、高频化迈进。学习IGBT的原理及运用，能让我们紧跟行业前沿，开启新能源汽车技术的探索之旅。单元三IGBT原理及运用学习导入一.IGBT的基本概念与分类单元三IGBT原理及运用

IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor），即绝缘栅双极晶体管，如图8-9所示，是一种由MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）和BJT（双极结型晶体管）复合而成的电力电子器件。其核心功能是实现高压大电流的快速通断控制，在新能源汽车中主要用于电机控制器、车载充电机（OBC）等高压功率变换场景。图8-9

IGBT单管与模块实物图定义与核心功能一.IGBT的基本概念与分类单元三IGBT原理及运用

IGBT自20世纪80年代问世以来，经历了从分立单管到模块化封装（如IPM智能功率模块）的演进，如今已成为新能源汽车、轨道交通等领域的“电力开关核心”。其分类及典型应用场景，见表8-4。发展历程与分类二.IGBT的结构与工作原理单元三IGBT原理及运用基本结构及等效电路

图8-10

IGBT基本结构图二.IGBT的结构与工作原理单元三IGBT原理及运用基本结构及等效电路

图8-11

IGBT的等效电路图二.IGBT的结构与工作原理单元三IGBT原理及运用IGBT工作过程

三.关键参数与性能指标单元三IGBT原理及运用

IGBT的性能直接影响新能源汽车的效率与可靠性，其核心参数及新能源汽车典型要求表8-5。四.新能源汽车典型应用场景单元三IGBT原理及运用

电机控制器是新能源汽车的“动力大脑”，其核心功能是将动力电池的高压直流电（300~400V）转换为三相交流电（频率0~200Hz），驱动永磁同步电机运转。IGBT模块作为主开关器件，通过SPWM或SVPWM调制策略控制三相桥臂的通断，实现电流与转矩的精准调节。电机控制器（主逆变器）四.新能源汽车典型应用场景单元三IGBT原