多合一動力總成組合架構(gòu)和系統(tǒng)的特點(diǎn)性能和應(yīng)用研究

什么是多合一動力總成組合架構(gòu)？

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(jī)械、控制或動力系統(tǒng)級別應(yīng)用整合。

圖1：電動汽車標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)概述

為什么多合一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(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?，以便在組合動力系統(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://wenjunhu.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。

圖2：OBC和DC／DC多合一動力總成系統(tǒng)的四個(gè)最常見選項(xiàng)

表1概述了當(dāng)今市場上的多合一動力總成系統(tǒng)。

表1：三個(gè)成功實(shí)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(gè)動力系統(tǒng)框圖。該框圖實(shí)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(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，車載充電器和三個(gè)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(shí)現(xiàn)與兩個(gè)終端器件組件共享的三個(gè)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(jì)中共享組件

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)多合一動力總成系統(tǒng)變型都會有不同的設(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。

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(shè)計(jì)。

● 雙向CLLLC諧振、雙有源電橋（DAB）HEV／EV車載充電器參考設(shè)計(jì)。

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