通過(guò)集成動(dòng)力總成系統(tǒng)降低電動(dòng)汽車(chē)成本并增加行駛里程

用更少的器件實(shí)現(xiàn)更多的汽車(chē)應(yīng)用，既能減輕車(chē)重、降低成本，又能提高可靠性。這是集成電動(dòng)汽車(chē)(EV)和混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV)設(shè)計(jì)背后的理念。

什么是集成動(dòng)力總成？

集成動(dòng)力總成旨在將車(chē)載充電器(OBC)、高壓直流/直流(HV DCDC)轉(zhuǎn)換器、逆變器和配電單元(PDU)等終端設(shè)備結(jié)合到一起。機(jī)械、控制或動(dòng)力總成級(jí)別均可進(jìn)行集成，如圖1所示。

圖1：電動(dòng)汽車(chē)典型架構(gòu)概述

為什么動(dòng)力總成集成有利于混合動(dòng)力汽車(chē)/電動(dòng)汽車(chē)？

集成動(dòng)力總成終端設(shè)備組件能夠?qū)崿F(xiàn)以下優(yōu)勢(shì)：

提高功率密度。

提高可靠性。

優(yōu)化成本。

簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和組裝，并支持標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化。

高性能集成動(dòng)力總成解決方案：電動(dòng)汽車(chē)普及的關(guān)鍵

市場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀

實(shí)現(xiàn)集成動(dòng)力總成的方法有很多。圖2以車(chē)載充電器和高壓直流/直流轉(zhuǎn)換器集成為例，簡(jiǎn)要介紹了用于在結(jié)合動(dòng)力總成、控制電路和機(jī)械組件時(shí)實(shí)現(xiàn)高功率密度的四種常見(jiàn)方法。它們分別是：

方法1：形成獨(dú)立的系統(tǒng)。這種方法已不如幾年前流行。

方法2：可分為兩個(gè)步驟：

直流/直流轉(zhuǎn)換器和車(chē)載充電器共享機(jī)械外殼，但擁有各自獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)。

同時(shí)共享外殼和冷卻系統(tǒng)（最常選用的方法）。

方法3：進(jìn)行控制級(jí)集成。這種方法正在演變?yōu)榈?種方法。

方法4：相比于其他三種方法，此方法由于減少了電源電路中的電源開(kāi)關(guān)和磁性元件，所以成本優(yōu)勢(shì)更大，但它的控制算法也更復(fù)雜。

圖2：車(chē)載充電器和直流/直流轉(zhuǎn)換器集成的四種常見(jiàn)方法

表1概括了目前市場(chǎng)上的集成架構(gòu)：

表1：集成動(dòng)力總成的三種成功實(shí)現(xiàn)

動(dòng)力總成集成方框圖

圖3為一個(gè)動(dòng)力總成的方框圖，該動(dòng)力總成實(shí)現(xiàn)了電源開(kāi)關(guān)共享和磁集成的架構(gòu)。

圖3：集成架構(gòu)中的電源開(kāi)關(guān)和磁性組件共享

如圖3所示，車(chē)載充電器和高壓直流/直流轉(zhuǎn)換器都連接至高壓電池，因此車(chē)載充電器和高壓直流/直流轉(zhuǎn)換器的全橋額定電壓相同。這樣，便可以通過(guò)全橋使得車(chē)載充電器和高壓直流/直流轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電源開(kāi)關(guān)共享。

此外，將圖3所示的兩個(gè)變壓器集成在一起還可以實(shí)現(xiàn)磁集成。這是因?yàn)樗鼈冊(cè)诟邏簜?cè)的額定電壓相同，能夠最終形成三端變壓器。

性能提升

圖4展示了如何通過(guò)內(nèi)置降壓轉(zhuǎn)換器來(lái)幫助提升低壓輸出的性能。

圖4：提升低壓輸出的性能

當(dāng)這個(gè)集成拓?fù)湓诟邏弘姵爻潆姉l件下工作時(shí)，高壓輸出可得到精確控制。但是，由于變壓器的兩個(gè)端子耦合在一起，所以低壓輸出的性能會(huì)受到限制。有一個(gè)簡(jiǎn)單的方法可以提升低壓輸出性能，那就是添加一個(gè)內(nèi)置降壓轉(zhuǎn)換器。但這樣做的代價(jià)就是會(huì)導(dǎo)致成本增加。

共享組件

像車(chē)載充電器和高壓直流/直流轉(zhuǎn)換器集成一樣，車(chē)載充電器中的功率因數(shù)校正級(jí)和三個(gè)半橋的額定電壓非常接近。這樣，便可以通過(guò)由兩個(gè)終端設(shè)備組件共享的三個(gè)半橋來(lái)實(shí)現(xiàn)電源開(kāi)關(guān)共享，如圖5所示。這可以降低成本并提高功率密度。

圖5：動(dòng)力總成集成設(shè)計(jì)中的組件共享

由于一個(gè)電機(jī)一般有三個(gè)繞組，因此也可以將這些繞組用作車(chē)載充電器中的功率因數(shù)校正電感器，借此實(shí)現(xiàn)磁集成。這也有助于降低設(shè)計(jì)成本和提高功率密度。

結(jié)束語(yǔ)

從低級(jí)別的機(jī)械集成到高級(jí)別的電子集成，集成的發(fā)展仍在繼續(xù)。隨著集成級(jí)別的提高，系統(tǒng)的復(fù)雜性也將增加。但是，每種架構(gòu)變體都會(huì)帶來(lái)不同的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，包括：

為進(jìn)一步優(yōu)化性能，必須精心設(shè)計(jì)磁集成。

采用集成系統(tǒng)時(shí)，控制算法會(huì)更加復(fù)雜。

設(shè)計(jì)高效的冷卻系統(tǒng)，以適應(yīng)更小型系統(tǒng)的散熱需求。

靈活性是動(dòng)力總成集成的關(guān)鍵。眾多方法任您選擇，您可以任意地探索各種級(jí)別的集成設(shè)計(jì)。

審核編輯：郭婷