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作者：德州儀器 當汽車應(yīng)用程序可以用更少的零件完成更多的工作時，就可以在減少重量和成本的同時提高可靠性，這就是將電動汽車（EV）和混合電動汽車（HEV）設(shè)計與多合一動力總成系統(tǒng)相整合的思路。 什么是多合一動力總成組合架構(gòu)？ 多合一動力總成系統(tǒng)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）等動力系統(tǒng)終端器件。如圖1所示，可在機械、控制或動力系統(tǒng)級別應(yīng)用整合。 
圖1：電動汽車標準架構(gòu)概述 為什么多合一動力總成系統(tǒng)最適合HEV/EV？ 多合一動力總成系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)： • 提高功率密度。 • 增加可靠性。 • 優(yōu)化成本。 • 具有標準化和模塊化能力，設(shè)計和組裝更簡易。 當前市場上的多合一動力總成系統(tǒng)應(yīng)用 有多種不同的方法來實現(xiàn)多合一動力總成系統(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組合框為例），以便在組合動力系統(tǒng)、控制電路和機械時實現(xiàn)高功率密度。選項包括： • 帶有獨立系統(tǒng)的選項1；人氣逐漸降低。 • 選項2可以分為兩個步驟： • 共享DC/DC轉(zhuǎn)換器和車載充電器的機械外殼，但拆分獨立的冷卻系統(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關(guān)和磁性元件較少，但是它的控制算法也最為復(fù)雜。
圖2：OBC和DC/DC多合一動力總成系統(tǒng)的四個最常見選項 表1概述了當今市場上的多合一動力總成系統(tǒng)。 表1：三個成功實現(xiàn)的多合一動力總成系統(tǒng)
動力系統(tǒng)組合框圖 圖3描繪了一個動力系統(tǒng)框圖。該框圖實現(xiàn)了具有電源開關(guān)共享和磁性整合功能的多合一動力總成系統(tǒng)。
圖3：多合一動力總成系統(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的全橋共享電源開關(guān)成為可能。 此外，將圖3所示將兩個變壓器整合在一起即可實現(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 當此組合拓撲在高電壓電池充電條件下工作時，高電壓輸出將得到精確控制。但是，由于變壓器的兩個端子耦合在一起，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，車載充電器和三個半橋中的功率因數(shù)校正級的額定電壓非常接近。如圖5所示，即能實現(xiàn)與兩個終端器件組件共享的三個半橋共享電源開關(guān)，可以降低成本并提高功率密度。
圖5：在組合框設(shè)計中共享組件 由于電機中通常有三個繞組，因此也可通過在OBC中共享繞組作為功率因數(shù)校正電感器來實現(xiàn)磁性整合，這也有助于降低設(shè)計成本并提高功率密度。 結(jié)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(tǒng)復(fù)雜度將隨著整合級別的提高而增加。但是每個多合一動力總成系統(tǒng)變型都會有不同的設(shè)計挑戰(zhàn)，包括： • 需要仔細設(shè)計磁性整合以達到最佳性能。 • 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。 • 靈活性是多合一動力總成系統(tǒng)的關(guān)鍵。多樣化的選項為用戶提供了在任意級別上探索設(shè)計的機會。 |
