当你可以创建一个用更少零件做更多事情的汽车应用程序时，你就可以减轻重量和成本，提高可靠性。这就是积分背后的思想电动汽车(EV)和混合动力电动汽车(HEV)设计。
什么是动力系统集成?
动力总成集成结合了车载充电器等终端设备(OBC)，高压DC/DC(高压DCDC)、逆变器和配电单元(PDU)．可以在机械、控制或动力系统级别应用集成，如图1所示。
图1:电动汽车典型架构概述
为什么动力系统集成对混合动力/电动汽车有好处?
集成动力总成终端设备组件使您能够实现:
- 提高功率密度。
- 增加可靠性。
- 优化成本。
- 更简单的设计和组装，具有标准化和模块化的能力。
高性能动力总成集成解决方案:电动汽车普及的关键
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目前市场上的应用
实现动力总成集成有许多不同的方法，但图2概述了四种最常见的方法(使用车载充电器和高压DC/DC集成为例)，在结合动力总成、控制电路和机械时实现高功率密度。选项是:
- 方案一，独立系统;现在不像几年前那么流行了。
- 方案二可分为两步:
- 共享DC/DC转换器和车载充电器的机械外壳，但分离独立的冷却系统。
- 共用外壳和冷却系统(最常见的选择)。
- 采用控制级集成的方案3目前正在演变为方案4。
- 4号的成本优势最大，因为它在功率电路中功率开关和磁性元件较少，但它也有最复杂的控制算法。
图2:OBC和DC/DC集成的四种最常见选项
表1概述了当今市场上的集成架构。
高压OBC、高压DC/DC、PDU三合一优化电磁干扰(EMI) |
集成了车载充电器和高压DC/DC转换器的集成架构 |
43千瓦充电器设计，集成车载充电器、牵引逆变器和牵引电机(选项4) |
*第三方数据报告，这样的设计可以达到大约a |
(1个单片机控制功率因数校正级，1个单片机控制DC/DC级，1个高压DC/DC) |
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表1:动力总成集成的三种成功实现
C2000
实时微控制器，如新发布的TMS320F280039C-Q1 MCU，使EV和HEV动力传动系统设计人员能够为OBC-PFC、OBC-DCDC和高低压DC/DC应用采用离散和集成架构。此外，TMS320F280039C-Q1通过使用单个MCU管理多个功率级的实时控制，降低了动力系统的尺寸和成本。有多个参考设计，强调如何实现多个动力系统子系统集成使用一个单片机。
表2显示了哪些C2000 MCU产品系列可以帮助设计人员实现各种离散和集成的动力系统拓扑。
设计需要 |
OBC PFC |
OBC直流/直流 |
HV-LV直流/直流 |
最低隔离成本 |
F28002x |
F28003x |
F28003x |
模块化开发 |
F28004x / F28003x |
F28003x |
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F28002x |
F28004x / F28003x |
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集成实时控制 |
F2837x / F2838x |
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表2:不同级别的动力总成集成推荐使用C2000微控制器
动力总成集成框图
图3描述了一个动力系统框图，实现了一个具有功率开关共享和磁集成的架构。
图3:集成架构中的电源开关和磁共享
如图3所示，OBC和高压DC/DC变换器都连接到高压电池上，因此车载充电器和高压DC/DC的全桥额定电压是相同的。这使得车载充电器和高压DC/DC的全桥电源开关共享成为可能。
此外，集成如图3所示的两个变压器实现了磁集成。这是可能的，因为它们在高压侧有相同的额定电压，最终可以成为一个三端变压器。
提高性能
图4显示了如何内置降压变换器以帮助提高低压输出的性能。
图4:提高低压输出的性能
当该集成拓扑在电池高压充电条件下工作时，可以精确地控制高压输出。然而，由于变压器的两个端子耦合在一起，低压输出的性能将受到限制。提高低压输出性能的一个简单方法是增加内置降压转换器。然而，代价是额外的成本。
共享的组件
与OBC和高压DC/DC集成一样，车载充电器中的功率因数校正级与三个半桥的电压额定值非常接近。这样可以实现功率开关共享，两个终端设备组件共用三个半桥，如图5所示，可以降低成本，提高功率密度。
图5:动力总成集成设计中的共享组件
由于电机通常有三个绕组，也可以通过共享绕组作为OBC中的功率因数校正电感来实现磁集成，这也有助于降低成本和提高这种设计的功率密度。
结论
集成的演变仍在继续，从低水平的机械集成到高水平的电子集成。系统复杂性将随着集成级别的提高而增加。然而，每种架构变体都提出了不同的设计挑战，包括:
- 需要精心设计的磁集成，才能达到最佳的性能。
- 集成系统的控制算法将更加复杂。
- 设计高效的冷却系统，在较小的系统内消散所有的热量。
灵活性是动力总成集成的关键。有了这么多选项，您可以在任何级别探索此设计。
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