新能源汽车电气隔离技术应用在哪里？

探索新能源汽车世界的神秘面纱，我开始深入研究其高压电气系统，今天就与你一同领略其核心构造与功能。

在纯电动汽车的运行中，高压电气系统如同大动脉，它承载着启动、行驶、充放电、空调动力等多重任务。这个系统主要包括五个关键组件：电池系统、动力总成、高压电控系统、充电系统以及高压设备和线束网络。

电池系统的秘密心脏

动力电池，作为电动车的灵魂，直接影响续航里程。优质的电池不仅要具备高能量密度，还要确保安全、性能稳定。目前，市场上的主流电池类型有三元锂电池(能量密度高但安全性需提升)和磷酸铁锂电池(安全可靠但能量密度较低)。衡量电池性能的重要参数包括电压、容量、内阻、能量密度、输出效率、自放电率等。

电池系统的高压装置与电池管理系统(BMS)是高压电气系统的核心控制环节，它们协同工作，确保电池的充放电过程安全高效。

驱动未来的力量：动力总成

电动汽车的动力总成由电机、电机控制器和变速器构成。电机控制器负责将高压直流电转化为适合驱动电机的三相交流电，同时与车辆其他模块通信，确保电机的精准操作。永磁同步电机和异步感应电机各有其优劣，而集成化设计则提升了效率与便利性，车辆重心下降，操控性能更佳。

集成化电驱系统，简化了线束，减少电磁干扰，为车辆设计带来更多可能性，同时也对设计与研发提出了更高要求。

高压电控系统的守护者

高压电控系统包含高压配电箱(PDU)、维修开关(MSD)、DC-DC变换器和车载充电机(OBC)。高压配电箱是高压系统的核心管理单元，负责电源分配、保护和监控。DC-DC变换器则扮演电压适配者的角色，将高压转换为车辆低电压系统所需的电能。车载充电机则负责将交流电转化为直流电，为电池充电。

随着技术的进步，这些组件正趋向于集成，提升系统效率，简化了整个架构。

总的来说，纯电动汽车的高压电气系统是一个精密且复杂的网络，每个环节都不可或缺。深入理解它，不仅能让驾驶更加安心，也是理解电动车技术发展的重要窗口。未来，我们期待看到更多创新与突破。感谢各位专家的指导，让我们一起探索更深远的领域。

对于熟悉传统发动机的人来说，纯电动汽车(EV)的引擎盖下面是一番神奇的景象。当然，主要区别在于纯电动汽车没有内燃机(ICE,InternalCombusTIonEngine)，而是可能装有电力牵引逆变器。逆变器通常具有相同的尺寸，并且其安装方式类似于传统的发动机。其他系统看起来就不那么熟悉了，但是你很可能辨识出12V电池这个变化不大的组件。

在非电动汽车(non-EV)中，需要12V系统为启动马达供电，该启动马达提供内燃机的初始旋转以启动四冲程燃烧循环。鉴于电动汽车不需要启动马达，因此如果发现电动汽车装有12V电池会让人大为惊讶。但是，大多数电动汽车的电气系统仍以12V电压运行。在没有内燃机或交流发电机的情况下，必须使用高压牵引电池为12V系统完全供电。

这提出了一个有趣的设计要求。牵引逆变器系统很可能在800V左右的DC电压下运行。这个高DC电压会转换为AC，以驱动牵引电机。但是，电动汽车中的牵引电池并不是通过简单地串联多个12V电池去产生800V电压，它是一个密封的单元。该高压系统的加入及其在车辆中的作用意味着12V系统现在通常被当作辅助系统。它为牵引系统(包括牵引控制系统)的所有辅助设备提供动力。

现在，主高压电池负责为12V辅助系统供电，以使电池保持荷电状态。出于安全考虑，操作时需要在两个电压域之间保持电气隔离。

隔离至关重要

典型的电动汽车有许多功能单位，包括牵引逆变器、温度控制和加热系统以及车载充电器。这些系统在完全不同的电压水平下运行，必须进行电气隔离。电气隔离可防止电流在不同电压域之间流动，同时仍支持数据传输和电能流动。找车网

从历史上看，用于数据传输的电气隔离是通过光学技术，借助LED源和光电二极管接收器实现的。但是，汽车市场尤其是电动汽车市场的需求，刺激了数字隔离技术的开发和应用。

辅助电源

辅助电源系统通常由专用模块控制，该模块称为辅助电源模块(APM,AuxiliaryPowerModule)。这实际上是一个DC-DC转换器，它将牵引电池和转换器的高压(HV)转换为低压(LV)。该低压总线为辅助系统供电并为12V电池充电。最初，这似乎是一个相对简单的功能，但是对电气隔离的需求却带来了额外的复杂性。

许多DC-DC转换器拓扑都使用变压器在同一步骤中提供降压和电气隔离。虽然这是隔离高压和低压电路的有效方法，但确实需要额外的转换步骤才能利用变压器。具体而言，需要将高压从DC转换为AC，然后将低压从AC转换回DC。下图中的电路图显示了通用的全桥实现。

图1APM的电路图

全桥将DC电压转换为AC电压，因此它可以激励绝缘变压器的初级侧，并在次级侧感应出电流。然后需要将次级侧AC电压转换回DC电压。为了使用较小的磁性元件并减小最终解决方案的尺寸和重量，许多系统使用100kHz或更高的开关频率。

图1的示例在变压器的初级(HV)侧使用一个全桥，在次级(LV)侧使用一个全桥同步整流器。高压侧开关的选择将基于成本与效率之间的关系，通常会使用IGBT，但较新的APM可能会使用碳化硅(SiC)MOSFET来实现最高效率。

无论采用哪种开关技术，隔离栅极驱动器都起着至关重要的作用。数字隔离栅极驱动器利用CMOS技术来创建器件本身和隔离栅。图3显示了Si8239x隔离栅极驱动器中单个通道的框图，该驱动器使用射频载波穿过隔离栅传递信息。这种数字隔离技术提供了强大的隔离数据路径，该路径易于和其他CMOS技术(如栅极驱动器)集成。

图2SiliconLabs的汽车级Si8239x隔离栅极驱动器系列的单向状态

电动汽车的电机驱动系统主要由电气系统和功率电子系统组成。

电气系统：电气系统是电动汽车的关键组成部分，负责提供电能给电机驱动系统。它包括以下主要组件：

电池组：作为能量储存装置，电池组为电动汽车提供电能。常见的电池类型包括锂离子电池和钴酸锂电池等。

电动机：电动汽车的电机是主要的动力源，将电能转换为机械能驱动车辆运动。常见的电动机类型包括交流电机(如异步电机、同步电机)和直流电机。

控制器：控制器是电气系统的核心，负责控制电机的运行。它接收来自车辆控制系统的指令，控制电机的转速、扭矩和运行模式。

逆变器：逆变器将电池组提供的直流电能转换为交流电能供给电动机。它负责将电池组的直流电转换为电动机所需的交流电。

功率电子系统：功率电子系统是电动汽车电机驱动系统的重要组成部分，用于控制和调节电气系统中的电能流动。主要包括以下组件：

逆变器：逆变器在电气系统中的角色已经在上述电气系统中提到。它负责将直流电能转换为交流电能。

DC/DC 变换器：DC/DC 变换器负责调整电池组输出的电压，以满足其他电气系统部件(如辅助系统、12V 系统等)的电能需求。

充电器：充电器用于将外部电源(如充电桩)提供的交流电能转换为直流电能，充电电池组。

故障保护和安全系统：功率电子系统还包括故障保护和安全系统，用于监测和保护电气系统的正常运行，以及提供安全措施，如过电流保护、过温保护、短路保护等。

综上所述，电动汽车的电机驱动系统主要由电气系统和功率电子系统组成，通过电气系统提供电能，而功率电子系统则控制和调节电能的流动，使电动汽车实现动力输出。

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