當前位置: 主頁 > 技術&應用 >
 

德州儀器多合一動力總成系統解決方案,助力新能源汽車快速實現輕量、高效、降本

本文作者:德州儀器       點擊: 2020-05-20 14:54
前言:
當汽車應用程式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)設計與多合一動力總成系統相整合的思路。

什麼是多合一動力總成組合架構?
多合一動力總成系統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)等動力系統終端器件。如圖1所示,可在機械、控制或動力系統級別應用整合。
 
圖1:電動汽車標準架構概述

為什麼多合一動力總成系統最適合HEV/EV?
多合一動力總成系統能夠實現:
• 提高功率密度。
• 增加可靠性。
• 優化成本。
• 具有標準化和模組化能力,設計和組裝更簡易。

當前市場上的多合一動力總成系統應用
有多種不同的方法來實現多合一動力總成系統,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下拉式列示方塊為例),以便在組合動力系統、控制電路和機械時實現高功率密度。選項包括:
• 帶有獨立系統的選項1;人氣逐漸降低。
• 選項2可以分為兩個步驟:
• 共用DC/DC轉換器和車載充電器的機械外殼,但拆分獨立的冷卻系統。
• 共用外殼和冷卻系統(最常見的選擇)。
• 具有控制級整合的選項3當前正發展到選項4。
• 選項4具有最佳的成本優勢,因為電源電路中的電源開關和磁性元件較少,但是它的控制演算法也最為複雜。
 
圖2:OBC和DC/DC多合一動力總成系統的四個最常見選項

表1概述了當今市場上的多合一動力總成系統。

OBC、高電壓DC/DC、PDU三合一高電壓整合,可優化電磁干擾(EMI)(選項3

整合了車載充電器和高電壓DC/DC轉換器的多合一動力總成系統(選項4

43 kW充電器設計,整合了車載充電器、牽引逆變器和牽引電機(選項4

·        6.6 kW車載充電器

·        2.2 kW直流/直流

·        配電單元

*協力廠商資料包告表明:此類設計可減少約40%的重量和體積並提升40%的功率密度

·        6.6 kW車載充電器

·        1.4 kW直流/直流

·        磁性整合

·        共用電源開關

·        共用控制單元

(一個微控制器[MCU]控制功率因數校正級、一個MCU控制DC/DC級和一個高電壓DC/DC

·        6.6 kW車載充電器

·        1.4 kW直流/直流

·        磁性整合

·        共用電源開關

·        共用控制單元

(一個MCU控制功率因數校正級、一個MCU控制DC/DC級和一個高電壓DC/DC

 
表1:三個成功實現的多合一動力總成系統

動力系統下拉式列示方塊圖
圖3描繪了一個動力系統框圖。該框圖實現了具有電源開關共用和磁性整合功能的多合一動力總成系統。
 
圖3:多合一動力總成系統中的電源開關和電磁共用

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的全橋共用電源開關成為可能。

此外,將圖3所示將兩個變壓器整合在一起即可實現磁性整合。由於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。
 
提升性能

圖4所示為如何內置降壓轉換器以説明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,由於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置降壓轉換器,但該方法需要權衡額外成本。

共用組件
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校正級的額定電壓非常接近。如圖5所示,即能實現與兩個終端器件元件共用的三個半橋共用電源開關,可以降低成本並提高功率密度。
 
圖5:在下拉式列示方塊設計中共用組件

由於電機中通常有三個繞組,因此也可通過在OBC中共用繞組作為功率因數校正電感器來實現磁性整合,這也有助於降低設計成本並提高功率密度。

結論
從低級機械整合到高級電子整合,一直在不斷發展。系統複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變型都會有不同的設計挑戰,包括:
• 需要仔細設計磁性整合以達到最佳性能。
• 對於整合系統,控制演算法將更加複雜。
• 設計高效的冷卻系統,以散發較小系統中的所有熱量。
• 靈活性是多合一動力總成系統的關鍵。多樣化的選項為使用者提供了在任意級別上探索設計的機會。

其他資源
• 效率為98.6%、6.6kW圖騰柱PFC HEV/EV車載充電器參考設計。
• 雙向CLLLC諧振、雙有源電橋(DAB)HEV/EV車載充電器參考設計。

 

 

 

電子郵件:[email protected]

聯繫電話:886-2-27201789       分機請撥:11

腾讯分分彩出号破解