为何集成动力总成解决方案崭露头角

关于这个问题，我具备充分的发言权。动力总成在早先被命名为Powertrain，而目前众多汽车厂商更倾向于使用e-Powertrain的称呼。

动力总成的广义定义涵盖了汽车从能量产生到最终传递至车轮的整个过程，即涉及能量传递路径中的所有部件。

通常，我们谈论的是狭义上的动力总成，它主要包括发电单元(发动机与发电机)、锂离子电池以及电驱动单元(电机、逆变器、减速器与控制模块)。这些组件有时也被简化为“三电”系统。

电驱动单元的结构中，电机与减速器往往紧密相连，而逆变器则直接安装在电机上方。其结构示意如下：

从左至右依次为电机罩、旋转变压器、转子、逆变器、定子、电机外壳以及减速器罩。

电机的核心部分包括转子和定子。定子绕组通常采用分段式线圈绕组或发夹式绕组工艺，并通过母线直接与逆变器连接。定子铁芯外围被铝水套紧密包裹，用于冷却水散热。

减速器主要由齿轮和差速器等组成，通常采用两轴一级的简单结构。减速器的外壳为一体式设计，同时作为电机罩，实现了紧凑且轻量化的设计。

逆变器在电驱动单元中扮演着将电池直流电转换为驱动电机所需的交流电的重要角色。它通常安装在电机的正上方，包含功率模块、平滑电容器以及电机控制器主板等部件。

功率模块是逆变器的核心部件，其布局方式使得散热片能够直接与逆变器壳体下方的冷却槽内的冷却水接触，从而实现有效的散热。

随着汽车中电子系统越来越丰富，芯片使用量越来越多，随之而来的是电子控制单元ECU数量的大幅增加。ECU的急剧增加，无论是管理、安全还是可扩展性都带来了很大挑战，为此汽车域架构模式开始应运而生。通过高性能的DCU(域控制处理器)，整合公用系统组件，在软件中分配和执行，可实现以足够的资源快速响应完成客户需求，具备平台化、兼容性、集成高、性能高等优势。

集成动力总成解决方案崭露头角

如今域控制概念已经得到了商用，但是由于各种原因，大部分集中在座舱、ADAS等领域。德州仪器日前联合威迈斯，共同宣布集成动力总成解决方案，标志着在动力领域，域架构的概念正在开始流行。

德州仪器(TI)高压功率，高功率驱动器市场经理Nagarajan Sridha表示，目前电动车平均价格比类似的燃油车高出12000美元，普遍共识是电池成本所造成的。但是除了电池，在其他领域，依然可以有降低成本的可能性。比如在动力系统中，减少电力电子元件数量，并将其整合到更小的系统中。

德州仪器中国区汽车业务部现场技术应用经理周东宝表示，“TI的产品和技术支持可以帮助客户全面实现动力总成系统方案的集成。我们预计集成化的方案可以帮助整个系统的尺寸和成本都降低一半。”

动力系统包括了电机控制器、高压配电单元、DC/DC、车载充电器、电源管理系统(BMS)等等。根据不同的集成模块数量，可以划分为二合一方案、三合一方案、五合一方案。根据集成的难易程度，动力总成集成可以分为基础的机械层面的集成：物理集成，以及更复杂的控制逻辑和功率层级方面的集成。“通过使用TI的解决方案，客户可以实现从分布式的电源架构到单个动力域的控制器的方案的转变。整个系统的复杂程度也会随着整合级别的增加而提高，对客户的收益也会越来越高，但同时挑战也会越来越多。”周东宝说道。

深圳威迈斯新能源股份有限公司副总裁兼上海子公司总经理韩永杰也对TI的集成动力总成解决方案给予了肯定，作为OBC和DC/DC产品国内市占率最大的供应商，威迈斯一直同TI保持着紧密的合作关系。目前威迈斯正在从OBC和DC/DC业务向动力系统扩展，一方面是因为OBC、DC/DC及驱动器里面的电机控制器等产品比较接近。另外则是动力系统集成一定是未来的发展趋势。目前，威迈斯的产品在可靠性、功率密度和体积方面的优势，使得客户可以在整车上布局更为灵活，也因此获得了市场的广泛认可。

德州仪器EV/HEV SEM团队成员，TÜV SÜD认证功能安全工程师曹伟杰具体介绍了目前市场上几种动力系统解决方案，具体包括：

方法1：形成独立的系统。这种方法已不如几年前流行。

方法2：可分为两个步骤：直流/直流转换器和车载充电器共享机械外壳，但拥有各自独立的冷却系统。同时共享外壳和冷却系统(最常选用的方法)。

方法3：进行控制级集成。这种方法正在演变为第4种方法。

方法4：相比于其他三种方法，此方法由于减少了电源电路中的电源开关和磁性元件，所以成本优势更大，但它的控制算法也更复杂。

四种方法对比

韩永杰也表示，目前威迈斯推出了OBC和DC/DC集成的产品，性能显著提升的同时，实现了成本的降低，减少产品的体积和重量。韩永杰介绍道，目前市场上集成方式主要有两种，一种是物理集成，把OBC和DC从物理的两个盒子放在一个盒子里，是传统接插件共用的概念。而威迈斯的磁集成方法类似于曹伟杰所介绍的第4种方法。通过共享电力电子器件和变压器，实现了最高等级的集成。

威迈斯充电系统集成化产品

周东宝详细列举了集成动力总成的四大优势，分别为：

电驱动系统多合一的集成化的解决方案，通过共享外壳的耦合以及冷却系统，减少连接器的数量;

通过更进一步的共享控制电路以及共享功率电路等，有效地降低电驱动系统的体积、重量和成本，同时提高电驱动系统的功率密度;

更好地实现轻量化，有助于延长电动汽车的续航里程;

通过整体上对系统进行热性能的优化，保证系统的可靠性。同时我们注意到功能安全是现在电驱动系统里面非常重要的一个设计指标，所以我们集成化的解决方案也有助于简化功能安全系统的开发和认证工作。

集成动力总成都需要哪些要素

集成动力总成优势看似很大，但实际上还需要显著克服诸多挑战，包括控制器性能，控制器算法，磁集成的设计，冷却系统等多方面因素。

德州仪器正在结合自身在车载控制，功率等器件领域的积累，以及在安全认证等服务上的努力，帮助客户简化动力总成设计上的挑战。

‌电动汽车集成动力总成‌是指将电动汽车中的多个关键部件集成在一起，形成一个统一的系统，以提供更高效、更紧凑的动力传输解决方案。这种集成方式旨在减少部件数量、降低重量、提高可靠性和降低成本。

组成部分

电动汽车集成动力总成通常包括以下几个主要部分：

‌电机‌：负责将电能转化为机械能，驱动车辆行驶。

‌电机控制器‌：控制电机的运行，调节输出功率和扭矩。

‌减速器‌：降低电机转速，增加扭矩输出，适用于需要大扭矩的场景。

‌电力电子转换器‌：如DC/DC转换器和逆变器，用于电压转换和电能管理。

‌电池管理系统‌(BMS)：监控电池状态，优化电池使用，延长续航时间。

技术特点和发展趋势

电动汽车集成动力总成技术的主要特点包括：

‌高效性‌：通过优化部件间的配合，减少能量损耗，提高整体效率。

‌轻量化‌：减少部件数量和重量，降低车辆整体重量，提高燃油经济性和性能。

‌模块化设计‌：便于维护和升级，降低制造成本。

‌高可靠性‌：集成设计减少了接口和连接点，降低了故障率。

随着技术的发展，电动汽车集成动力总成系统正朝着更高的集成度、更智能的控制和更广泛的应用场景发展。例如，轮边电机和轮毂电机的应用，使得车辆设计更加灵活，适应不同的驾驶需求和市场变化。