集成動力總成系統(tǒng)以降低電動汽車成本，并可以延長汽車里程

1.前言

如果我們可以用少量零件創(chuàng)建高性能的車載應用程序，我們將能夠減輕重量和成本并提高可靠性。這就是電動汽車和混合動力汽車 的集成動力系統(tǒng)設計背后的理念。

2.什么是動力總成集成？

動力總成集成意味著集成最終產(chǎn)品，例如車載充電器 (OBC)、高壓 DC/DC (HV DCDC)、逆變器和協(xié)議單元 (PDU)?？梢栽跈C械部件、控制或動力系統(tǒng)級別進行集成，如圖 1 所示。

圖1 ：EV標準架構概覽

為什么動力總成集成適用于HEV/EV？

通過集成動力總成的最終設備組件，您可以：

· 提高功率密度

· 提高可靠性

· 成本優(yōu)化

· 簡化設計和組裝，實現(xiàn)標準化和模塊化

高性能動力總成集成解決方案是電動汽車普及的關鍵

3.目前市場上的應用

實現(xiàn)動力總成集成的方法有很多種，但圖 2 顯示了將動力總成、控制電路和機械部件（帶有車載充電器）結(jié)合起來時提高功率密度的四種常用方法，以高壓 DC/DC 集成為例。有四個選項：

· 選項 1，每個系統(tǒng)都是獨立的，現(xiàn)在比幾年前少用了。

· 選項2可以分為以下兩個階段

· DC/DC 轉(zhuǎn)換器和車載充電器共用一個機械外殼，但各有一個獨立的冷卻系統(tǒng)

· 共享外殼和冷卻系統(tǒng)（最常用的方法）

· 帶有集成控制級的選項 3 正在演變?yōu)檫x項 4。

· 選項 4 是最具成本效益的，因為它減少了電源電路的電源開關和磁性元件，但同時它使控制算法最復雜。

圖2：四種常用的OBC和DC/DC集成選項

表 1 概述了目前市場上可用的集成架構。

表1 ：三種類型的性能例子集成動力總成實現(xiàn)

動力總成集成框圖

圖 3 是通過共享電源開關和集成磁性組件構建架構的動力總成框圖。

圖3 ：在集成架構中共享電源開關和磁性組件

如圖3所示，OBC和高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器都接在高壓電池上，所以車載充電器和高壓DC/DC全橋的額定電壓是一樣的。這允許車載充電器和高壓 DC/DC 使用全橋共享電源開關。

此外，通過集成圖 3 中所示的兩個變壓器，可以集成磁性組件。這是可能的，因為高壓側(cè)的額定電壓相同，最終成為三端變壓器。

性能提升

圖 4 顯示了如何結(jié)合降壓轉(zhuǎn)換器來提高低壓輸出的性能。

圖4 ：提高低壓輸出性能

當這種集成拓撲通過高壓電池充電運行時，它可以精確控制高壓輸出。然而，由于變壓器的兩端耦合，低壓輸出的性能受到限制。提高低壓輸出性能的一種簡單方法是添加內(nèi)置降壓轉(zhuǎn)換器。然而，代價是成本上升。

零件共享

就像OBC和高壓DC/DC的集成一樣，車載充電器的額定電壓和三個半橋的功率因數(shù)校正級非常接近。這允許使用兩個終端設備組件共享的三個半橋來共享電源開關，如圖 5 所示，這樣可以降低成本并提高功率密度。

圖5 ：動力總成集成設計組件共享

由于電機通常具有三個繞組，共享繞組作為 OBC 功率因數(shù)校正電感器也使得集成磁性元件成為可能，這也降低了這種設計的成本和功率密度。

3.總結(jié)

集成的演進仍在繼續(xù)，從機械零件的低級集成到電子元件的高級集成。隨著集成度的提高，系統(tǒng)的復雜性也隨之增加。然而，每種架構方法都有不同的設計挑戰(zhàn)。例如，

· 為獲得最佳性能，需要精心設計磁性組件的集成

· 控制算法復雜，集成系統(tǒng)

· 設計一個高效的冷卻系統(tǒng)來散發(fā)小型化系統(tǒng)內(nèi)的所有熱量

集成動力系統(tǒng)時，靈活性是關鍵。有很多選擇可以在不同級別嘗試這種設計。