德州儀器多合一動力總成系統(tǒng)解決方案，助力新能源汽車快速實現(xiàn)輕量、高效、降本
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
當(dāng)汽車應(yīng)用程序可以用更少的零件完成更多的工作時，就可以在減少重量和成本的同時提高可靠性，這就是將 電動汽車（EV）和混合電動汽車（HEV） 設(shè)計與多合一動力總成系統(tǒng)相整合的思路。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202005/413337.htm什么是多合一動力總成組合架構(gòu)？
多合一動力總成系統(tǒng)整合了諸如車載充電器（OBC）、高電壓DC/DC（HV DCDC）、逆變器和配電單元（PDU）等動力系統(tǒng)終端器件。如圖1所示，可在機械、控制或動力系統(tǒng)級別應(yīng)用整合。
圖1：電動汽車標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)概述
多合一動力總成系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)：
● 提高功率密度。
● 增加可靠性。
● 優(yōu)化成本。
● 具有標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化能力，設(shè)計和組裝更簡易。
當(dāng)前市場上的多合一動力總成系統(tǒng)應(yīng)用
有多種不同的方法來實現(xiàn)多合一動力總成系統(tǒng)，但是圖2概述了四種最常見的方法（以車載充電器和高電壓DC/DC組合框為例），以便在組合動力系統(tǒng)、控制電路和機械時實現(xiàn)高功率密度。選項包括：
● 帶有獨立系統(tǒng)的選項1；人氣逐漸降低。
● 選項2可以分為兩個步驟：
● 共享DC/DC轉(zhuǎn)換器和車載充電器的機械外殼，但拆分獨立的冷卻系統(tǒng)。
● 共享外殼和冷卻系統(tǒng)（最常見的選擇）。
● 具有控制級整合的選項3當(dāng)前正發(fā)展到選項4。
● 選項4具有最佳的成本優(yōu)勢，因為電源電路中的電源開關(guān)和磁性元件較少，但是它的控制算法也最為復(fù)雜。
圖2：OBC和DC/DC多合一動力總成系統(tǒng)的四個最常見選項
表1概述了當(dāng)今市場上的多合一動力總成系統(tǒng)。
OBC、高電壓DC/DC、PDU三合一高電壓整合，可優(yōu)化電磁干擾 （EMI） （選項3） | ● 6.6 kW車載充電器 ● 2.2 kW直流/直流 ● 配電單元 *第三方數(shù)據(jù)報告表明：此類設(shè)計可減少 約40%的重量和體積 并提升 40%的功率密度 |
整合了車載充電器和高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的多合一動力總成系統(tǒng) （選項4） | ● 6.6 kW車載充電器 ● 1.4 kW直流/直流 ● 磁性整合 ● 共享電源開關(guān) ● 共享控制單元 （一個微控制器[MCU]控制功率因數(shù)校正級、一個MCU控制DC/DC級和一個高電壓DC/DC） |
43 kW充電器設(shè)計，整合了車載充電器、牽引逆變器和牽引電機 （選項4） | ● 6.6 kW車載充電器 ● 1.4 kW直流/直流 ● 磁性整合 ● 共享電源開關(guān) ● 共享控制單元 （一個MCU控制功率因數(shù)校正級、一個MCU控制DC/DC級和一個高電壓DC/DC） |
表1：三個成功實現(xiàn)的多合一動力總成系統(tǒng)
動力系統(tǒng)組合框圖
圖3描繪了一個動力系統(tǒng)框圖。該框圖實現(xiàn)了具有電源開關(guān)共享和磁性整合功能的多合一動力總成系統(tǒng)。
如圖3所示，OBC和高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器都連接到高電壓電池，因此車載充電器和高電壓DC/DC的全橋額定電壓相同，使得車載充電器和高電壓DC/DC的全橋共享電源開關(guān)成為可能。
此外，將圖3所示將兩個變壓器整合在一起即可實現(xiàn)磁性整合。由于它們在高電壓側(cè)具有相同的額定電壓，因此最終可能成為三端變壓器。
圖3：多合一動力總成系統(tǒng)中的電源開關(guān)和電磁共享
提升性能
圖4所示為如何內(nèi)置降壓轉(zhuǎn)換器以幫助改善低電壓輸出的性能。
當(dāng)此組合拓?fù)湓诟唠妷弘姵爻潆姉l件下工作時，高電壓輸出將得到精確控制。但是，由于變壓器的兩個端子耦合在一起，因此低電壓輸出的性能將受限。一種改善低電壓輸出性能的簡易方法是添加一個內(nèi)置降壓轉(zhuǎn)換器，但該方法需要權(quán)衡額外成本。
圖4：改善低電壓輸出的性能
共享組件
如同OBC和高電壓DC/DC整合一樣，車載充電器和三個半橋中的功率因數(shù)校正級的額定電壓非常接近。如圖5所示，即能實現(xiàn)與兩個終端器件組件共享的三個半橋共享電源開關(guān)，可以降低成本并提高功率密度。
由于電機中通常有三個繞組，因此也可通過在OBC中共享繞組作為功率因數(shù)校正電感器來實現(xiàn)磁性整合，這也有助于降低設(shè)計成本并提高功率密度。
圖5：在組合框設(shè)計中共享組件
結(jié)論
從低級機械整合到高級電子整合，一直在不斷發(fā)展。系統(tǒng)復(fù)雜度將隨著整合級別的提高而增加。但是每個多合一動力總成系統(tǒng)變型都會有不同的設(shè)計挑戰(zhàn)，包括：
● 需要仔細(xì)設(shè)計磁性整合以達(dá)到最佳性能。
● 對于整合系統(tǒng)，控制算法將更加復(fù)雜。
● 設(shè)計高效的冷卻系統(tǒng)，以散發(fā)較小系統(tǒng)中的所有熱量。
● 靈活性是多合一動力總成系統(tǒng)的關(guān)鍵。多樣化的選項為用戶提供了在任意級別上探索設(shè)計的機會。
其他資源
● 效率為98.6%、6.6kW圖騰柱PFC HEV/EV車載充電器參考設(shè)計。
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