德州儀器多合一動(dòng)力總成系統(tǒng)解決方案

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(shí)，就可以在減少重量和成本的同時(shí)提高可靠性，這就是將電動(dòng)汽車（EV）和混合電動(dòng)汽車（HEV）設(shè)計(jì)與多合一動(dòng)力總成系統(tǒng)相整合的思路。

什么是多合一動(dòng)力總成組合架構(gòu)？

多合一動(dòng)力總成組合架構(gòu)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(dòng)力系統(tǒng)終端器件。如圖1所示，可在機(jī)械、控制或動(dòng)力系統(tǒng)級別應(yīng)用整合。

為什么多合一動(dòng)力總成系統(tǒng)最適合HEV/EV？

多合一動(dòng)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(jì)和組裝更簡易。

當(dāng)前市場上的多合一動(dòng)力總成系統(tǒng)應(yīng)用

有多種不同的方法來實(shí)現(xiàn)多合一動(dòng)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?yàn)槔员阍诮M合動(dòng)力系統(tǒng)、控制電路和機(jī)械時(shí)實(shí)現(xiàn)高功率密度。選項(xiàng)包括：

帶有獨(dú)立系統(tǒng)的選項(xiàng)1；人氣逐漸降低。

選項(xiàng)2可以分為兩個(gè)步驟：

共享DC/DC轉(zhuǎn)換器和車載充電器的機(jī)械外殼，但拆分獨(dú)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(xiàng)3當(dāng)前正發(fā)展到選項(xiàng)4。

選項(xiàng)4具有最佳的成本優(yōu)勢，因?yàn)?a href="http://www.ttokpm.com/soft/data/4-5/" target="_blank">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。

表1概述了當(dāng)今市場上的多合一動(dòng)力總成系統(tǒng)。

表1：三個(gè)成功實(shí)現(xiàn)的多合一動(dòng)力總成系統(tǒng)

動(dòng)力系統(tǒng)組合框圖

圖3描繪了一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)框圖。該框圖實(shí)現(xiàn)了具有功率開關(guān)器件共享和磁性整合功能的多合一動(dòng)力總成系統(tǒng)。

圖3：多合一動(dòng)力總成系統(tǒng)中的電源開關(guān)和電磁共享

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的全橋共享功率開關(guān)器件成為可能。

此外，將圖3所示將兩個(gè)變壓器整合在一起即可實(shí)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。

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。

圖4：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(shí)，高電壓輸出將得到精確控制。但是，由于變壓器的兩個(gè)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(gè)內(nèi)置降壓轉(zhuǎn)換器，但該方法需要權(quán)衡額外成本。

共享組件

如同OBC和高電壓DC/DC整合一樣，車載充電器的PFC三相橋和牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的三相橋中的額定電壓非常接近。如圖5所示，即能實(shí)現(xiàn)車載充電器和牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的三相橋共享功率開關(guān)器件，可以降低成本并提高功率密度。

由于電機(jī)中通常有三個(gè)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(shí)現(xiàn)磁性整合，這也有助于降低設(shè)計(jì)成本并提高功率密度。

結(jié)論

從低級機(jī)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(gè)多合一動(dòng)力總成系統(tǒng)變型都會(huì)有不同的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，包括：

需要仔細(xì)設(shè)計(jì)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(jì)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(dòng)力總成系統(tǒng)的關(guān)鍵。多樣化的選項(xiàng)為用戶提供了在任意級別上探索設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)。

審核編輯：金巧