《新能源汽车电力电子技术》教案第1课绪论.docx

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1、新能源汽车电力电子技术教案课时分配表章序课程内容课时备注1绪论22常用电力电子器件63AC/DC变换电路64DC/AC变换电路45DCZDC变换电路46AC/AC变换电路47电路保护与常用电力电子技术6等十32让纪玖麦来来!课题绪论课时2课时(90min)教学目标知识目标：(1)理解电力电子技术的含义.(2)了解电力电子技术的主要内容。(3)了解电力电子技术在新能源汽车上的应用。技能目标：能够识别电力电子技术在新能源汽车上的应用。素质目标：(1)树立安全生产意识和团队协作意识。(2)养成踏实勤奋、求真务实的工作作风。教学重难点教学重点：电力电子技术的含义、主要内容组成和在新能源汽车上的应用教学

2、难点：识别电力电子技术在新能源汽车上的应用教学方法问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学过程主要教学内容及步骤课前任务【教师】和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过APP或其他学习软件，完成课前预习任务:收集相关资料，回答下列问题1. 了解新能源汽车发动机的发展。2. 了解电力电子技术在新能源汽车上的应用。【学生】查找资料，完成课前任务考勤【教师】使用APP进行签到【学生】班干部报请假人员及原因新课预热【教师】自我介绍，与学生简单互动，介绍课程定位、内容安排、考核要求等【学生】聆听、互动【教师】请学生谈谈当前新能源汽车的现状，以及未来的发展趋势。鼓励学生畅所欲言【学生

3、】聆听、思考、发言【教师】总结学生发言问题导入【教师】提出问题，随机邀请学生回答1 .什么是电力电子技术？2 .电力电子技术应用在新能源汽车的哪些地方？【学生】聆听、思考、发言【教师】总结学生发言传授新知【教师】讲解新知0.1电力电子技术的含义电力电子技术是指应用于电力领域的电子技术，是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。通常，电力电子技术包含电力电子器件制造技术和电力电子变流技术两个分支。其中，电力电子器件制造技术和信息电子器件制造技术都是以半导体理论为基础的，且这两种电子器件的制造工艺也基本相同.而电力电子变流技术则是指利用电力电子器件构成电力电子电路，并对这些电路进行控制，以及利

4、用这些电路构成电力电子装置和电力电子系统的技术。【教师】讲述“点拨”的相关内容电力电子技术是电子技术的一个分支,而另一个分支是信息电子技术，也就是我们熟知的模拟电子技术与数字电子技术。信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术主要用于电力变换.【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】提出问题，随机邀请学生回答电力和电子有哪些区别？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答0.2电力电子技术的主要内容1 .电力电子电路电力电子电路一般由主电路、控制电路、驱动电路、检测电路组成。【教师】展示“电力电子电路的基本组成”图片(详见教材)，讲解新知(1)主电路是实现电力变换的主体，主要由电力电子器彳牛

5、按照一定的要求组成特定的结构，通过电力电子器件自身的开通和关断来实现电力变换，将电源的电能变换为负载所需要的形式。(2)控制电路一般由信息电子电路组成,可按照系统的工作要求输出控制信号。(3)驱动电路是主电路和控制电路之间的纽带，它可将控制电路产生的信号按照控制要求，变换为可使电力电子器件开通或关断的信号，并通过光、磁等传递信号，使控制电路与主电路实现电气隔离。(4)检测电路用来检测主电路或应用现场的状态,并将这些状态信息反馈给控制电路。【教师】讲述“点拨”的相关内容通常,人们会在主电路和控制电路中设置一些保护电路，以保证电力电子器件和整个系统的可靠运行。【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】

6、随机邀请学生回答以下问题试列举f你知道的保护电路。【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答2 .电力电子器件电力电子器件又称功率半导体器件，主要指用于电力设备的电能变换和运行控制的大功率(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)电子器件。【教师】展示电阻、电容、二极管等电子元器件，请学生说说它们的名称和作用【学生】观察、思考、回答【教师】总结学生回答，讲解新知1)电力电子器件的分类按照开关控制特性的不同，电力电子器件可分为不可控器件、半控型器件和全控型器件。(1)不可控器件是指本身没有开通、关断控制功能，需要根据外电路条件决定其开通、关断状态的器件。(2)半控型器件是指通过控制信号只能

7、控制其开通，而不能控制其关断的器件。(3)全控型器件是指通过控制信号既能控制其开通，又能控制其关断的器件。【教师】讲述“点拨”的相关内容按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号性质的不同，电力电子器件可分为电流控制型器件和电压控制型器件；按照电力电子器件内部自由电子和空穴两种载流子参与导电情况的不同，电力电子器件可分为单极型器件、双极型器件和复合型器件。【学生】聆听、思考、理解、记忆2)电力电子器件的特征电力电子器件可直接用于电能变换,具有以下特征。(1)处理大功率的能力(即承受大电压和大电流的能力)强。(2)电力电子器件一般都工作在开关状态。【教师】提出问题，随机邀请学生回答什么是

8、开关状态？开关状态有何特点？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答，讲解新知在此状态下，电力电子器件在开通(通态)时阻抗很小，接近于短路，电压降接近于零，而电流由外电路决定；在关断(断态)时阻抗很大，接近于断路，电流几乎为零，而两端的电压由外电路决定。【教师】提出问题，随机邀请学生回答开关状态时，二极管导通时两端的电压是多少？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答(3)在实际应用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。(4)使用时一般要为电力电子器件安装散热器。【教师】讲述点拨”的相关内容因为电力电子器件处理的功率大，普通信息电子电路的信号一般不能直接控制电力电子器件的开通或

9、关断，需要一定的中间电路对信号进行放大，这就是驱动电路存在的意义。【学生】聆听、思考、理解、记忆3)电力电子器件的功率损耗电力电子器件在工作时的功率损耗主要包括通态损耗、断态损耗和开关损耗.(1)当电力电子器件开通时，电力电子器件上有一定的通态电压降，从而形成通态损耗。(2)当电力电子器件关断时，电力电子器件上有微小的断态漏电流，从而形成断态损耗。(3)在电力电子器件开通和关断过程中，会产生开通损耗和关断损耗，合称开关损耗。【教师】讲述“点拨”的相关内容通常电力电子器件的断态漏电流极小，因而通态损耗是电力电子器件功率损耗的主要成分。而当电力电子器件开关频率较高时，开关损耗会随之增大，逐渐成为电

10、力电子器件功率损耗的主要成分。对某些器件来讲，驱动电路向其输入电能也是造成电力电子器件功率损耗的原因之一。【学生】聆听、思考、理解、记忆3.电力变换【教师】提出问题，随机邀请学生回答请问汽车电瓶是直流电还是交流电？家用电器如冰箱、洗衣机用的是直流电还是交流电？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答，讲解新知电力的种类主要有直流电(directcurrent,DC)和交流电(alternatingcurrent,AC)两种。其中,直流电的电流和电压方向不会随时间的变化而变化，而交流电的电流和电压方向会随时间的变化而变化。在日常生活中，大型用电设备一般使用的是交流电，而常用的家用电器和数码产

11、品虽然接入的是交流电，但其内部电路使用的却是直流电。在某些电路中，交流电与直流电还会交替使用。电力变换主要分为交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流这四种类型。输出输入交流(AC)直流(DC)直流(DC)整流直流斩波、间接直流变换交流(AC)交流调压、变频逆变0.3电力电子技术在新能源汽车上的应用电力电子技术应用领域已经由传统的电力、交通、工业制造等领域拓展到通信、新能源汽车、节能减排等新兴领域，成为现代汽车的核心控制技术之一，对新能源汽车的发展起着不可替代的作用。【教师】提出问题，随机邀请学生回答新能源车与燃油车的区别是什么？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答，展示=电系统

12、在新能源汽车上的分布情况”图片(详见教材)，讲解新知新能源汽车区别于传统燃油汽车最核心的技术就在于“三电”系统一动力蓄电池系统、驱动电机系统、电控系统。1 .电力电子装置的类型【教师】展示“新能源汽车电控系统的基本组成”图片(详见教材)，讲解新知变流器是新能源汽车电控系统常用的电力电子装置，可对整个车辆的动力输出进行合理的控制，其性能直接决定了新能源汽车的爬坡、加速、最高速度等主要性能指标。按照电力变换类型的不同，新能源汽车上的变流器主要分为整流器、逆变器、直流斩波器和变频器4种。(1)整流器是把交流电变换为直流电的装置。车载充电机就是整流器在新能源汽车上的典型应用，其功能是将电网交流电变换为

13、直流电给动力蓄电池充电；而在车辆进行制动能量回收时，电机控制器也具有整流器的功能，可将驱动电机产生的交流电变换为直流电，然后给动力蓄电池充电。(2)逆变器是将直流电变换为交流电的装置.通常，驱动电机在车辆低速行驶或爬坡时要求具有高转矩,在车辆高速行驶时具有低转矩。而驱动电机在低速下的最大输出转矩取决于逆变器的电流输出能力，最大输出功率则由逆变器的功率决定。【教师】提出问题，随机邀请学生回答整流器与逆变器的区别是什么？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答(3)直流斩波器(也称DC/DC变换器)是将固定的直流电压变换为可调的直流电压的装置。新能源汽车在行驶过程中需要频繁起停、加减速，因此，

14、驱动电机的输入电压是在不断变化的。但受限于动力蓄电池的比功率指标，直接用动力蓄电池为驱动电机供电或接收驱动电机回收的电能，会造成驱动电机性能恶化。这时就需要用直流斩波器来平衡动力蓄电池和驱动电机的电压，将动力蓄电池的电压维持在相对稳定的数值上，这样可明显提高驱动电机的性能。(4)变频器是把固定频率的交流电，经过功率半导体电路变换成另一种频率的交流电的装置。在新能源汽车中，变频器可以改变异步电机电源的频率，从而改变其同步转速，实现异步电机的调速控制。2 .电力电子装置的应用1)充电机充电机是一种将电网提供的交流电或者直流电变换为动力蓄电池所需要的直流电的装置，主要分为车载充电机和非车载充电机两种

15、。【教师】展示“车载充电机”图片(详见教材)，讲解新知(1)车载充电机是指固定安装在新能源汽车上的充电机，其内部主要由功率电路与控制电路组成。功率电路主要负责将外部输入的交流电变换为动力蓄电池可用的直流电；控制电路可实现与电池管理系统的通信，根据需求来控制功率电路输出一定大小的电压和电流。【教师】展示“新能源汽车充电场景”图片(详见教材)，讲解新知(2)非车载充电机一般安装在固定的充电桩里,按照工作电源的不同可分为直流充电桩和交流充电桩两种。【教师】提出问题，随机邀请学生回答你听说过快充吗？快充的特点是什么？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答，讲解新知直流充电桩通过整流变换将电网输入

16、的交流电变换为直流电，可直接为动力蓄电池充电，这种充电方式被称为直流充电，也称“快充。交流充电桩通过交流调压变换将电网输入的交流电频率变换成符合新能源汽车充电需求的交流电，它不能直接为动力蓄电池充电，还需要车载充电机的配合，这种充电方式被称为交流充电，蹄慢充。【教师】讲述点拨”的相关内容直流充电用时短，但直流充电桩的体积大、建设成本高、数量较少，不能满足当下大量新能源汽车充电的需求，充电不方便，且经常使用直流充电会缩短动力蓄电池的使用寿命。交流充电用时较长，但有利于延长动力蓄电池的使用寿命，且充电方便，利用家用电源即可完成。【学生】聆听、思考、理解、记忆2)电机控制器新能源汽车使用的驱动电机一

17、般应具有瞬时功率大、过载能力强、能量转换效率高、使用寿命长的特点，同时必须具有较大的调速范围、较高的可靠性，且能在恶劣环境下长期工作。按照工作电源的不同，驱动电机一般分为直流电机和交流电机两种，它们所使用的电机控制器也有所不同。(1)直流电机主要采用直流斩波器作为功率变换器。直流斩波器的斩波脉冲频率较高,非常适合用作直流电机的调速控制。但由于直流电机效率低、质量和体积大、可靠性差，目前在新能源汽车驱动电机领域已经被交流电机替代。(2)交流电机主要采用直流斩波器加逆变器或脉宽调制(pulsewidthmodulation,PWM)逆变器这两种功率变换器，前者会增加新能源汽车的能量传输环节，降彳虹作效率；后者的线路简单、能量传输环节少、系统工作效率高。【学生】聆听、思考、理解记忆课堂小结【教师】简要总结本节课的要点1 .电力电子技术的含义2 .电力电子技术的主要内容3 .电力电子技术在新能源汽车上的应用【学生】总结回顾知识点作业布置【教师】布置课后作业登录APP或其他学习平台查看相关知识S崛。教学反思【学生】完成课后任务