德州儀器多合一動(dòng)力總成系統解決方案，助力新能源汽車(chē)快速實(shí)現輕量、高效、降本
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當汽車(chē)應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(chē)（EV）和混合電動(dòng)汽車(chē)（HEV） 設計與多合一動(dòng)力總成系統相整合的思路。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202005/413337.htm什么是多合一動(dòng)力總成組合架構？
多合一動(dòng)力總成系統整合了諸如車(chē)載充電器（OBC）、高電壓DC/DC（HV DCDC）、逆變器和配電單元（PDU）等動(dòng)力系統終端器件。如圖1所示，可在機械、控制或動(dòng)力系統級別應用整合。
圖1：電動(dòng)汽車(chē)標準架構概述
多合一動(dòng)力總成系統能夠實(shí)現：
● 提高功率密度。
● 增加可靠性。
● 優(yōu)化成本。
● 具有標準化和模塊化能力，設計和組裝更簡(jiǎn)易。
當前市場(chǎng)上的多合一動(dòng)力總成系統應用
有多種不同的方法來(lái)實(shí)現多合一動(dòng)力總成系統，但是圖2概述了四種最常見(jiàn)的方法（以車(chē)載充電器和高電壓DC/DC組合框為例），以便在組合動(dòng)力系統、控制電路和機械時(shí)實(shí)現高功率密度。選項包括：
● 帶有獨立系統的選項1；人氣逐漸降低。
● 選項2可以分為兩個(gè)步驟：
● 共享DC/DC轉換器和車(chē)載充電器的機械外殼，但拆分獨立的冷卻系統。
● 共享外殼和冷卻系統（最常見(jiàn)的選擇）。
● 具有控制級整合的選項3當前正發(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(kāi)關(guān)和磁性元件較少，但是它的控制算法也最為復雜。
圖2：OBC和DC/DC多合一動(dòng)力總成系統的四個(gè)最常見(jiàn)選項
表1概述了當今市場(chǎng)上的多合一動(dòng)力總成系統。
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(chē)載充電器 ● 2.2 kW直流/直流 ● 配電單元 *第三方數據報告表明：此類(lèi)設計可減少 約40%的重量和體積 并提升 40%的功率密度 |
整合了車(chē)載充電器和高電壓DC/DC轉換器的多合一動(dòng)力總成系統 （選項4） | ● 6.6 kW車(chē)載充電器 ● 1.4 kW直流/直流 ● 磁性整合 ● 共享電源開(kāi)關(guān) ● 共享控制單元 （一個(gè)微控制器[MCU]控制功率因數校正級、一個(gè)MCU控制DC/DC級和一個(gè)高電壓DC/DC） |
43 kW充電器設計，整合了車(chē)載充電器、牽引逆變器和牽引電機 （選項4） | ● 6.6 kW車(chē)載充電器 ● 1.4 kW直流/直流 ● 磁性整合 ● 共享電源開(kāi)關(guān) ● 共享控制單元 （一個(gè)MCU控制功率因數校正級、一個(gè)MCU控制DC/DC級和一個(gè)高電壓DC/DC） |
表1：三個(gè)成功實(shí)現的多合一動(dòng)力總成系統
動(dòng)力系統組合框圖
圖3描繪了一個(gè)動(dòng)力系統框圖。該框圖實(shí)現了具有電源開(kāi)關(guān)共享和磁性整合功能的多合一動(dòng)力總成系統。
如圖3所示，OBC和高電壓DC/DC轉換器都連接到高電壓電池，因此車(chē)載充電器和高電壓DC/DC的全橋額定電壓相同，使得車(chē)載充電器和高電壓DC/DC的全橋共享電源開(kāi)關(guān)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)現磁性整合。由于它們在高電壓側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(dòng)力總成系統中的電源開(kāi)關(guān)和電磁共享
提升性能
圖4所示為如何內置降壓轉換器以幫助改善低電壓輸出的性能。
當此組合拓撲在高電壓電池充電條件下工作時(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(jiǎn)易方法是添加一個(gè)內置降壓轉換器，但該方法需要權衡額外成本。
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(chē)載充電器和三個(gè)半橋中的功率因數校正級的額定電壓非常接近。如圖5所示，即能實(shí)現與兩個(gè)終端器件組件共享的三個(gè)半橋共享電源開(kāi)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(gè)繞組，因此也可通過(guò)在OBC中共享繞組作為功率因數校正電感器來(lái)實(shí)現磁性整合，這也有助于降低設計成本并提高功率密度。
圖5：在組合框設計中共享組件
結論
從低級機械整合到高級電子整合，一直在不斷發(fā)展。系統復雜度將隨著(zhù)整合級別的提高而增加。但是每個(gè)多合一動(dòng)力總成系統變型都會(huì )有不同的設計挑戰，包括：
● 需要仔細設計磁性整合以達到最佳性能。
● 對于整合系統，控制算法將更加復雜。
● 設計高效的冷卻系統，以散發(fā)較小系統中的所有熱量。
● 靈活性是多合一動(dòng)力總成系統的關(guān)鍵。多樣化的選項為用戶(hù)提供了在任意級別上探索設計的機會(huì )。
其他資源
● 效率為98.6%、6.6kW圖騰柱PFC HEV/EV車(chē)載充電器參考設計。
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