隨著新能源汽車向高續(xù)航、快充電、智能化方向升級，雙電池架構憑借其靈活的能量分配優(yōu)勢，在混動車型、長續(xù)航純電車型中得到廣泛應用。然而，雙電池系統(tǒng)中高壓電池與低壓電池的協(xié)同工作、功率器件的高頻開關特性，導致電磁干擾(EMI)與功率損耗成為制約系統(tǒng)可靠性與能效的核心瓶頸。功率級作為能量轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)暮诵沫h(huán)節(jié)，其布局設計直接影響寄生參數(shù)、散熱效率與電磁場分布，成為解決上述問題的關鍵突破口。本文將從布局優(yōu)化的核心邏輯出發(fā)，探討如何通過拓撲結構改進、元件布局優(yōu)化、散熱設計協(xié)同等手段，實現(xiàn) EMI 抑制與功率損耗降低的雙重目標。

雙電池汽車系統(tǒng)的功率級主要包含 DC-DC 轉(zhuǎn)換器、電池管理系統(tǒng)(BMS)、功率開關器件(IGBT/MOSFET)及無源元件(電感、電容)，其工作時的高頻開關動作會產(chǎn)生 dv/dt 與 di/dt 突變，引發(fā)寄生電感與電容的諧振，形成傳導與輻射 EMI;同時，導通損耗、開關損耗及散熱不暢導致的額外損耗，直接影響系統(tǒng)能效。傳統(tǒng)布局設計中，往往存在功率回路路徑過長、元件間距不合理、接地方式混亂等問題，使得寄生參數(shù)增大，EMI 輻射增強，同時散熱效率低下，進一步加劇功率損耗。因此，優(yōu)化功率級布局的核心邏輯在于最小化寄生參數(shù)、優(yōu)化電磁場分布、提升散熱效率，實現(xiàn) EMI 抑制與功耗降低的協(xié)同優(yōu)化。

拓撲結構的合理選擇是功率級布局優(yōu)化的基礎，不同拓撲架構對 EMI 與功率損耗的影響存在顯著差異。對于雙電池系統(tǒng)常用的雙向 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，傳統(tǒng)硬開關拓撲因開關損耗大、EMI 輻射強，已難以滿足高要求。采用交錯并聯(lián)拓撲可通過多相支路的電流疊加，降低總電流紋波，減少濾波元件體積，同時分散功率損耗，降低單點散熱壓力。在布局設計中，應將交錯并聯(lián)的各相功率回路對稱布置，確保各相電流均衡，避免因回路不對稱導致的額外損耗與 EMI 耦合。此外，引入軟開關技術(如 LLC 諧振拓撲)可大幅降低開關損耗，減少 dv/dt 與 di/dt 突變，從源頭抑制 EMI 產(chǎn)生，其布局需重點保證諧振腔元件的緊密耦合，縮短諧振回路長度，降低寄生參數(shù)對軟開關特性的影響。

元件布局的精細化設計是減少寄生參數(shù)與 EMI 耦合的關鍵。功率開關器件(IGBT/MOSFET)與續(xù)流二極管應盡量貼近，縮短主電流回路長度，減少回路寄生電感。實踐表明，主電流回路每縮短 1cm，寄生電感可降低約 1nH，開關損耗可減少 3%-5%，同時 EMI 輻射強度顯著降低。母線電容作為能量緩沖元件，需直接并聯(lián)在功率器件兩端，縮短充放電回路，避免因母線電容布局過遠導致的電壓尖峰與 EMI 噪聲。此外，應將功率回路與控制回路分離布局，控制信號線遠離功率器件與大電流回路，采用屏蔽線或差分走線方式，減少電磁耦合干擾。接地系統(tǒng)設計需采用 “星型接地” 或 “分區(qū)接地” 策略，功率地與信號地分開布置，最終單點連接，避免地環(huán)路形成，防止 EMI 噪聲通過地環(huán)路傳播。

散熱設計與功率布局的協(xié)同優(yōu)化的是降低功率損耗的重要保障。功率器件的損耗會轉(zhuǎn)化為熱量，若散熱不暢，器件結溫升高會導致導通電阻增大，開關損耗上升，形成惡性循環(huán)，同時高溫還會加劇 EMI 輻射。在布局設計中，應將功率器件集中布置在散熱性能優(yōu)異的區(qū)域(如靠近散熱片或水冷通道)，確保散熱路徑通暢。對于 IGBT 模塊等大功率器件，采用直接覆銅基板(DBC)封裝，并優(yōu)化引腳布局，縮短散熱路徑，提升熱傳導效率。此外，通過仿真工具模擬功率級的溫度分布，調(diào)整元件布局，避免熱點集中，確保各器件工作在合理溫度范圍內(nèi)。同時，散熱結構的設計需避免對電磁場分布產(chǎn)生不利影響，例如散熱片的形狀與位置應考慮電磁屏蔽效果，減少 EMI 輻射的同時提升散熱效率。

仿真與測試驗證是布局優(yōu)化的重要支撐。在設計初期，利用 Ansys、Saber 等仿真工具建立功率級的電磁仿真模型，分析布局方案的寄生參數(shù)、電磁場分布與功率損耗，預測 EMI 水平，通過迭代優(yōu)化布局方案，提前規(guī)避潛在問題。例如，采用三維電磁仿真軟件計算不同布局方案的寄生電感與電容，評估其對開關特性與 EMI 的影響;利用熱仿真工具模擬溫度分布，優(yōu)化散熱布局。在實物驗證階段，通過 EMI 測試(如傳導 EMI 的 CE 測試、輻射 EMI 的 RE 測試)與功率損耗測試，驗證布局優(yōu)化效果。針對測試中發(fā)現(xiàn)的 EMI 超標或損耗過大問題，結合仿真結果進行針對性調(diào)整，例如增加屏蔽結構、優(yōu)化接地方式或調(diào)整元件間距，直至滿足設計要求。

綜上所述，雙電池汽車系統(tǒng)中功率級布局的優(yōu)化是一項系統(tǒng)性工程，需結合拓撲結構選擇、元件布局精細化、散熱設計協(xié)同及仿真測試驗證等多方面手段，實現(xiàn) EMI 抑制與功率損耗降低的雙重目標。通過最小化寄生參數(shù)、優(yōu)化電磁場分布、提升散熱效率，可顯著提升系統(tǒng)的可靠性與能效，為新能源汽車的高性能發(fā)展提供有力支撐。未來，隨著寬禁帶半導體器件(如 SiC、GaN)的廣泛應用，功率級布局需進一步適配新型器件的特性，結合多物理場仿真與智能優(yōu)化算法，實現(xiàn)更高效、更低 EMI 的布局方案，推動雙電池汽車系統(tǒng)向更高性能、更可靠的方向發(fā)展。