著世界上主要的國家和地區(qū)在碳排放和尾氣排放兩個方向上不斷收緊對汽車的要求,，全球各個主流車企已開始建立電動汽車平臺化戰(zhàn)略,，推出了一系列電動汽車開發(fā)平臺。電動汽車平臺從電動汽車自身產(chǎn)品特點,，在工程設(shè)計上是圍繞純電動汽車的特性出發(fā)，改造了電動汽車設(shè)計方法，在生產(chǎn)上采用模塊化的方式,，實現(xiàn)制造設(shè)備,，生產(chǎn)工藝以及電池，電機,，電汽車平臺可以嘗試使用相同的生產(chǎn)線,，降低生產(chǎn)制造成本，可以提高新模型開發(fā)的銷量,，改變研發(fā)周期,。在這方面一個突出的特點是，在電動汽車動力總成中,，集成化和模塊化兩個方向上進行平衡和設(shè)計,。
01
動力總成方向上的組合？
目前電動汽車包含的電氣化的動力架構(gòu)主要包括車載充電器（OBC）,、高電壓 DC/DC（HV DCDC）,、逆變器（DCAC）和配電單元（PDU）等動力系統(tǒng)終端器件。由于這些部件比較多,，在平臺開發(fā)的考慮中,，可以在機械、控制或動力系統(tǒng)級別應(yīng)用整合,。主要有兩種集成的路徑： 集成路徑 1：這個以特斯拉 Model 3 為代表,，把 OBC 和 DCDC 集成到電池系統(tǒng)里面 集成路徑 2：圍繞驅(qū)動系統(tǒng)進行集成，在電機,、逆變器和減速器三合一的基礎(chǔ)上進一步集成 PDU,、OBC 和 DCDC 進行 6 合一 備注：熱管理系統(tǒng)方向上面的集成化設(shè)計考慮也是一個趨勢
圖 1 集成的方式
這里，車企為什么在設(shè)計平臺過程中,，要考慮把這些部件進行集成化,，形成一個大的動力總成系統(tǒng)總成呢？主要的原因是：
1） 優(yōu)化整個架構(gòu),，可以通過減少需要總裝的零件數(shù)量,，提高總裝的可制造性；
2） 通過結(jié)構(gòu)的整合,，可以減少高壓連接的線束,，合并結(jié)構(gòu)并減少支架，達到整體減重的目的
3） 面向未來考慮,，把每個部件進行標準化和模塊化,，這樣在集成過程中，盡可能復(fù)用
4） 優(yōu)化成本,，整合的過程,，使得成本上有很大的降低空間 第二部分 集成化過程的不同層級 從不同電氣、結(jié)構(gòu)和控制的層級來看,，集成化有不同的階段,，我們以車載充電機和 DCDC 這個集成為例,，這兩個部件是完全獨立的。我們最終的目的,，是要通過功能合并,，盡可能讓兩個高度集成的部件在元器件層面上能實現(xiàn)一定程度的復(fù)用，通過細節(jié)設(shè)計改變電路的一定結(jié)構(gòu)實現(xiàn)簡化成本的目的,。
圖 2 DCDC 的系統(tǒng)框圖
備注：這個原理框圖出自 TI 的設(shè)計網(wǎng)站,，上面有關(guān)于這些器件的選型列表
圖 3 OBC 的設(shè)計框圖
第一階段：OBC 和 DCDC，只是物理上放在一起,，兩個都是獨立的，也就是如下圖所示,，整體的兩個部件
第二階段：兩個部件使用一個結(jié)構(gòu)殼體,，共享冷卻流道
第三階段：控制級整合，把兩個部件的控制邏輯部分的電路整合在一起
第四階段：在功率拓撲層面,，復(fù)用部分的電路器件（開關(guān)器件和磁性器件）
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圖 4 OBC 和高電壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器不同層級的整合
02
深度整合階段
從功率器件整合來看,，考慮到車載充電器和高電壓 DC/DC 的全橋額定電壓相同，可以考慮結(jié)合使用,，兩個部件復(fù)用全橋共享電源開關(guān)成為可能,。將兩個變壓器整合在一起即可實現(xiàn)磁性整合，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,。在這種設(shè)計下，DCDC 低電壓輸出的性能將受限,，可以考慮是增加一個內(nèi)置降壓轉(zhuǎn)換器,。
圖 5 OBC 和 DCDC 的功率層面復(fù)用
當然還有一個很大的方向，是可以考慮在設(shè)計大功率充電機的時候,，考慮車載充電機和逆變器中半橋電路的整合,，如下圖所示，車載充電器的功率因數(shù)校正級和逆變器三個半橋中開關(guān)管的額定電壓非常接近,。如圖 6 所示,，即能實現(xiàn)與兩個終端器件組件共享的三個半橋開關(guān)，可以降低成本并提高功率密度,。并且可通過在 OBC 中共享電機繞組作為其功率因數(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。
圖 6 OBC 和逆變器的復(fù)合使用
小結(jié)：電動汽車在零部件數(shù)量和系統(tǒng)簡易度方面,，是有很大的優(yōu)勢,， 而且從開始的結(jié)構(gòu)整合到電子電氣方面的集成化，一直在不斷發(fā)展,，這個領(lǐng)域是值得我們一直關(guān)注的,。