1.前言

如果我們可以用少量零件創(chuàng)建高性能的車載應(yīng)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(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車 的集成動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)背后的理念。

2.什么是動(dòng)力總成集成？

動(dòng)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)。可以在機(jī)械部件、控制或動(dòng)力系統(tǒng)級(jí)別進(jìn)行集成，如圖 1 所示。

圖1 ：EV標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)概覽

為什么動(dòng)力總成集成適用于HEV/EV？

通過(guò)集成動(dòng)力總成的最終設(shè)備組件，您可以：

· 提高功率密度

· 提高可靠性

· 成本優(yōu)化

· 簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和組裝，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化

高性能動(dòng)力總成集成解決方案是電動(dòng)汽車普及的關(guān)鍵

3.目前市場(chǎng)上的應(yīng)用

實(shí)現(xiàn)動(dòng)力總成集成的方法有很多種，但圖 2 顯示了將動(dòng)力總成、控制電路和機(jī)械部件（帶有車載充電器）結(jié)合起來(lái)時(shí)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(gè)選項(xiàng)：

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

· 選項(xiàng)2可以分為以下兩個(gè)階段

· DC/DC 轉(zhuǎn)換器和車載充電器共用一個(gè)機(jī)械外殼，但各有一個(gè)獨(dú)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(jí)的選項(xiàng) 3 正在演變?yōu)檫x項(xiàng) 4。

· 選項(xiàng) 4 是最具成本效益的，因?yàn)樗鼫p少了電源電路的電源開(kāi)關(guān)和磁性元件，但同時(shí)它使控制算法最復(fù)雜。

圖2：四種常用的OBC和DC/DC集成選項(xiàng)

表 1 概述了目前市場(chǎng)上可用的集成架構(gòu)。

表1 ：三種類型的性能例子集成動(dòng)力總成實(shí)現(xiàn)

動(dòng)力總成集成框圖

圖 3 是通過(guò)共享電源開(kāi)關(guān)和集成磁性組件構(gòu)建架構(gòu)的動(dòng)力總成框圖。

圖3 ：在集成架構(gòu)中共享電源開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)。

此外，通過(guò)集成圖 3 中所示的兩個(gè)變壓器，可以集成磁性組件。這是可能的，因?yàn)楦邏簜?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(lái)提高低壓輸出的性能。

圖4 ：提高低壓輸出性能

當(dāng)這種集成拓?fù)渫ㄟ^(guò)高壓電池充電運(yùn)行時(shí)，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(jiǎn)單方法是添加內(nèi)置降壓轉(zhuǎn)換器。然而，代價(jià)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(gè)半橋的功率因數(shù)校正級(jí)非常接近。這允許使用兩個(gè)終端設(shè)備組件共享的三個(gè)半橋來(lái)共享電源開(kāi)關(guān)，如圖 5 所示，這樣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)組件共享

由于電機(jī)通常具有三個(gè)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(shè)計(jì)的成本和功率密度。

3.總結(jié)

集成的演進(jìn)仍在繼續(xù)，從機(jī)械零件的低級(jí)集成到電子元件的高級(jí)集成。隨著集成度的提高，系統(tǒng)的復(fù)雜性也隨之增加。然而，每種架構(gòu)方法都有不同的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。例如，

· 為獲得最佳性能，需要精心設(shè)計(jì)磁性組件的集成

· 控制算法復(fù)雜，集成系統(tǒng)

· 設(shè)計(jì)一個(gè)高效的冷卻系統(tǒng)來(lái)散發(fā)小型化系統(tǒng)內(nèi)的所有熱量

集成動(dòng)力系統(tǒng)時(shí)，靈活性是關(guān)鍵。有很多選擇可以在不同級(jí)別嘗試這種設(shè)計(jì)。