集成动力总成系统以降低电动汽车成本，并可以延长汽车里程

1.前言

如果我们可以用少量零件创建高性能的车载应用程序，我们将能够减轻重量和成本并提高可靠性。这就是电动汽车和混合动力汽车 的集成动力系统设计背后的理念。

2.什么是动力总成集成？

动力总成集成意味着集成最终产品，例如车载充电器 (OBC)、高压 DC/DC (HV DCDC)、逆变器和协议单元 (PDU)。可以在机械部件、控制或动力系统级别进行集成，如图 1 所示。

图1 ：EV标准架构概览

为什么动力总成集成适用于HEV/EV？

通过集成动力总成的最终设备组件，您可以：

· 提高功率密度

· 提高可靠性

· 成本优化

· 简化设计和组装，实现标准化和模块化

高性能动力总成集成解决方案是电动汽车普及的关键

3.目前市场上的应用

实现动力总成集成的方法有很多种，但图 2 显示了将动力总成、控制电路和机械部件（带有车载充电器）结合起来时提高功率密度的四种常用方法，以高压 DC/DC 集成为例。有四个选项：

· 选项 1，每个系统都是独立的，现在比几年前少用了。

· 选项2可以分为以下两个阶段

· DC/DC 转换器和车载充电器共用一个机械外壳，但各有一个独立的冷却系统

· 共享外壳和冷却系统（最常用的方法）

· 带有集成控制级的选项 3 正在演变为选项 4。

· 选项 4 是最具成本效益的，因为它减少了电源电路的电源开关和磁性元件，但同时它使控制算法最复杂。

图2：四种常用的OBC和DC/DC集成选项

表 1 概述了目前市场上可用的集成架构。

表1 ：三种类型的性能例子集成动力总成实现

动力总成集成框图

图 3 是通过共享电源开关和集成磁性组件构建架构的动力总成框图。

图3 ：在集成架构中共享电源开关和磁性组件

如图3所示，OBC和高压DC/DC转换器都接在高压电池上，所以车载充电器和高压DC/DC全桥的额定电压是一样的。这允许车载充电器和高压 DC/DC 使用全桥共享电源开关。

此外，通过集成图 3 中所示的两个变压器，可以集成磁性组件。这是可能的，因为高压侧的额定电压相同，最终成为三端变压器。

性能提升

图 4 显示了如何结合降压转换器来提高低压输出的性能。

图4 ：提高低压输出性能

当这种集成拓扑通过高压电池充电运行时，它可以精确控制高压输出。然而，由于变压器的两端耦合，低压输出的性能受到限制。提高低压输出性能的一种简单方法是添加内置降压转换器。然而，代价是成本上升。

零件共享

就像OBC和高压DC/DC的集成一样，车载充电器的额定电压和三个半桥的功率因数校正级非常接近。这允许使用两个终端设备组件共享的三个半桥来共享电源开关，如图 5 所示，这样可以降低成本并提高功率密度。

图5 ：动力总成集成设计组件共享

由于电机通常具有三个绕组，共享绕组作为 OBC 功率因数校正电感器也使得集成磁性元件成为可能，这也降低了这种设计的成本和功率密度。

3.总结

集成的演进仍在继续，从机械零件的低级集成到电子元件的高级集成。随着集成度的提高，系统的复杂性也随之增加。然而，每种架构方法都有不同的设计挑战。例如，

· 为获得最佳性能，需要精心设计磁性组件的集成

· 控制算法复杂，集成系统

· 设计一个高效的冷却系统来散发小型化系统内的所有热量

集成动力系统时，灵活性是关键。有很多选择可以在不同级别尝试这种设计。