技術

結合集成動力總成系統,助您實現低成本、更可靠的下一代電動汽車設計!

2025China.cn   2021年06月02日

  結合集成動力總成系統,助您實現低成本、更可靠的下一代電動汽車設計!

  用更少的器件實現更多的汽車應用,既能減輕車重、降低成本,又能提高可靠性。這是集成電動汽車(EV)和混合動力汽車(HEV)設計背后的理念。

  什么是集成動力總成?

  集成動力總成旨在將車載充電器(OBC)、高壓直流/直流(HV DCDC)轉換器、逆變器和配電單元(PDU)等終端設備結合到一起。機械、控制或動力總成級別均可進行集成,如圖1所示。

圖1:電動汽車典型架構概述

  為什么動力總成集成有利于混合動力汽車/電動汽車?

  集成動力總成終端設備組件能夠實現以下優勢:

  ● 提高功率密度;

  ● 提高可靠性;

  ● 優化成本;

  ● 簡化設計和組裝,并支持標準化和模塊化。

  市場應用現狀

  實現集成動力總成的方法有很多。圖2以車載充電器和高壓直流/直流轉換器集成為例,簡要介紹了用于在結合動力總成、控制電路和機械組件時實現高功率密度的四種常見方法。它們分別是:

  ● 方法1:形成獨立的系統。這種方法已不如幾年前流行。

  ● 方法2:可分為兩個步驟:

  ● 直流/直流轉換器和車載充電器共享機械外殼,但擁有各自獨立的冷卻系統。

  ● 同時共享外殼和冷卻系統(最常選用的方法)。

  ● 方法3:進行控制級集成。這種方法正在演變為第4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關和磁性元件,所以成本優勢更大,但它的控制算法也更復雜。

圖2:車載充電器和直流/直流轉換器集成的四種常見方法

  表1概括了目前市場上的集成架構:

  表1:集成動力總成的三種成功實現

  動力總成集成方框圖

  圖3為一個動力總成的方框圖,該動力總成實現了電源開關共享和磁集成的架構。

圖3:集成架構中的電源開關和磁性組件共享

  如圖3所示,車載充電器和高壓直流/直流轉換器都連接至高壓電池,因此車載充電器和高壓直流/直流轉換器的全橋額定電壓相同。這樣,便可以通過全橋使得車載充電器和高壓直流/直流轉換器實現電源開關共享。

  此外,將圖3所示的兩個變壓器集成在一起還可以實現磁集成。這是因為它們在高壓側的額定電壓相同,能夠最終形成三端變壓器。

  性能提升

  圖4展示了如何通過內置降壓轉換器來幫助提升低壓輸出的性能。

圖4:提升低壓輸出的性能

  當這個集成拓撲在高壓電池充電條件下工作時,高壓輸出可得到精確控制。但是,由于變壓器的兩個端子耦合在一起,所以低壓輸出的性能會受到限制。有一個簡單的方法可以提升低壓輸出性能,那就是添加一個內置降壓轉換器。但這樣做的代價就是會導致成本增加。

  共享組件

  像車載充電器和高壓直流/直流轉換器集成一樣,車載充電器中的功率因數校正級和三個半橋的額定電壓非常接近。這樣,便可以通過由兩個終端設備組件共享的三個半橋來實現電源開關共享,如圖5所示。這可以降低成本并提高功率密度。

圖5:動力總成集成設計中的組件共享

  由于一個電機一般有三個繞組,因此也可以將這些繞組用作車載充電器中的功率因數校正電感器,借此實現磁集成。這也有助于降低設計成本和提高功率密度。

  結束語

  從低級別的機械集成到高級別的電子集成,集成的發展仍在繼續。隨著集成級別的提高,系統的復雜性也將增加。但是,每種架構變體都會帶來不同的設計挑戰,包括:

  ● 為進一步優化性能,必須精心設計磁集成。

  ● 采用集成系統時,控制算法會更加復雜。

  ● 設計高效的冷卻系統,以適應更小型系統的散熱需求。

  靈活性是動力總成集成的關鍵。眾多方法任您選擇,您可以任意地探索各種級別的集成設計。

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