著世界上主要的國(guó)家和地區(qū)在碳排放和尾氣排放兩個(gè)方向上不斷收緊對(duì)汽車的要求，全球各個(gè)主流車企已開(kāi)始建立電動(dòng)汽車平臺(tái)化戰(zhàn)略，推出了一系列電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)平臺(tái)。電動(dòng)汽車平臺(tái)從電動(dòng)汽車自身產(chǎn)品特點(diǎn)，在工程設(shè)計(jì)上是圍繞純電動(dòng)汽車的特性出發(fā)，改造了電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)方法，在生產(chǎn)上采用模塊化的方式，實(shí)現(xiàn)制造設(shè)備，生產(chǎn)工藝以及電池，電機(jī)，電汽車平臺(tái)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(kāi)發(fā)的銷量，改變研發(fā)周期。在這方面一個(gè)突出的特點(diǎn)是，在電動(dòng)汽車動(dòng)力總成中，集成化和模塊化兩個(gè)方向上進(jìn)行平衡和設(shè)計(jì)。
01
動(dòng)力總成方向上的組合？
目前電動(dòng)汽車包含的電氣化的動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)終端器件。由于這些部件比較多，在平臺(tái)開(kāi)發(fā)的考慮中，可以在機(jī)械、控制或動(dòng)力系統(tǒng)級(jí)別應(yīng)用整合。主要有兩種集成的路徑： 集成路徑 1：這個(gè)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(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行集成，在電機(jī)、逆變器和減速器三合一的基礎(chǔ)上進(jìn)一步集成 PDU、OBC 和 DCDC 進(jìn)行 6 合一 備注：熱管理系統(tǒng)方向上面的集成化設(shè)計(jì)考慮也是一個(gè)趨勢(shì)
圖 1 集成的方式
這里，車企為什么在設(shè)計(jì)平臺(tái)過(guò)程中，要考慮把這些部件進(jìn)行集成化，形成一個(gè)大的動(dòng)力總成系統(tǒng)總成呢？主要的原因是：
1） 優(yōu)化整個(gè)架構(gòu)，可以通過(guò)減少需要總裝的零件數(shù)量，提高總裝的可制造性；
2） 通過(guò)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(dá)到整體減重的目的
3） 面向未來(lái)考慮，把每個(gè)部件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，這樣在集成過(guò)程中，盡可能復(fù)用
4） 優(yōu)化成本，整合的過(guò)程，使得成本上有很大的降低空間 第二部分 集成化過(guò)程的不同層級(jí) 從不同電氣、結(jié)構(gòu)和控制的層級(jí)來(lái)看，集成化有不同的階段，我們以車載充電機(jī)和 DCDC 這個(gè)集成為例，這兩個(gè)部件是完全獨(dú)立的。我們最終的目的，是要通過(guò)功能合并，盡可能讓兩個(gè)高度集成的部件在元器件層面上能實(shí)現(xiàn)一定程度的復(fù)用，通過(guò)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)改變電路的一定結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化成本的目的。
圖 2 DCDC 的系統(tǒng)框圖
備注：這個(gè)原理框圖出自 TI 的設(shè)計(jì)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(jì)框圖
第一階段：OBC 和 DCDC，只是物理上放在一起，兩個(gè)都是獨(dú)立的，也就是如下圖所示，整體的兩個(gè)部件
第二階段：兩個(gè)部件使用一個(gè)結(jié)構(gòu)殼體，共享冷卻流道
第三階段：控制級(jí)整合，把兩個(gè)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?fù)鋵用妫瑥?fù)用部分的電路器件（開(kāi)關(guān)器件和磁性器件）
0
圖 4 OBC 和高電壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器不同層級(jí)的整合
02
深度整合階段
從功率器件整合來(lái)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(gè)部件復(fù)用全橋共享電源開(kāi)關(guān)成為可能。將兩個(gè)變壓器整合在一起即可實(shí)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(jì)下，DCDC 低電壓輸出的性能將受限，可以考慮是增加一個(gè)內(nèi)置降壓轉(zhuǎn)換器。
圖 5 OBC 和 DCDC 的功率層面復(fù)用
當(dāng)然還有一個(gè)很大的方向，是可以考慮在設(shè)計(jì)大功率充電機(jī)的時(shí)候，考慮車載充電機(jī)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(jí)和逆變器三個(gè)半橋中開(kāi)關(guān)管的額定電壓非常接近。如圖 6 所示，即能實(shí)現(xiàn)與兩個(gè)終端器件組件共享的三個(gè)半橋開(kāi)關(guān)，可以降低成本并提高功率密度。并且可通過(guò)在 OBC 中共享電機(jī)繞組作為其功率因數(shù)校正電感器來(lái)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。
圖 6 OBC 和逆變器的復(fù)合使用
小結(jié)：電動(dòng)汽車在零部件數(shù)量和系統(tǒng)簡(jiǎn)易度方面，是有很大的優(yōu)勢(shì)， 而且從開(kāi)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(gè)領(lǐng)域是值得我們一直關(guān)注的。