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TI整合动力传动系统解决方案 打造电动车模组化架构
 

【CTIMES/SmartAuto 編輯部 报导】   2020年09月22日 星期二

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德州仪器Jason Cao表示,当汽车应用能够以更少的零件完成更多的工作时,就能够实现电动车在减少重量和成本的同时提高可靠性。这样的理念就是在电动车(EV)和混合电动车(HEV)中整合其设计和整合动力传动系统。

OBC和DC/DC模组化架构的四个常见选项
OBC和DC/DC模组化架构的四个常见选项

模组化架构整合了诸多动力传动系统终端设备,例如车载充电器(OBC)、高电压 DC/ DC(HV DC/ DC)、逆变器和配电单元(PDU)等。如图1所示,可在机械、控制或动力传动系统级别应用整合。

为什麽?

Jason Cao指出,模组化架构最适合EV/HEV,整合动力传动系统解决方案不仅能协助开发者提升功率密度、减轻重量进而增加可靠性、优化成本,此外,因其具有标准化和模组化能力,因而能够简化设计和组装。

目前市场上有许多方法来实现模组化应用,以车载充电器和高电压DC/DC模组为例,德州仪器分享四种最常见的方法,让开发者在组合动力传动系统、控制电路和机械的同时,达到最大化功率密度。

四种常见用来实现模组化应用的方法

1.带有独立系统的独立组件?,不过现在较少人使用。

2.可细分为两个种选择,一是共用DC/DC和车载充电装置的机械外壳,但拆分独立的冷却系统;另外是共用外壳和冷却系统,此为最常见的选择。

3.控制级整合,目前正逐步发展成为选项4。

4.具备最隹成本优势的功率级整合,因为其电源电路中的电源开关和磁性元件较少,但是它的控制演算法也最为复杂。

动力传动系统模组原理

Jason Cao表示动力传动系统模组的原理能够实现具备功率开关和磁性整合的模组化架构。将OBC和高电压DC/ DC转换器都连接到高电压电池,因此车载充电器和高电压DC/DC的全桥式额定电压相同,让车载充电器和高电压DC/DC的全桥可与功率开关相互共用。

他进一步解释,此外,将两个变压器整合在一起即可实现磁性整合。由於它们在高电压侧具有相同的额定电压,因此最终可能成为三相变压器。

针对提升性能的设计,Jason Cao表示,内建降压转换器能够改善低电压输出的性能,当此组合拓扑在高电压电池充电条件下作用时,高电压输出将得到精确的控制。但是,由於变压器的两个终端合在一起,造成低电压输出的性能将受限。一种改善低电压输出性能的简易方法是添加一个内建降压转换器,但该方法需要权衡额外成本。

如同OBC和高电压DC/DC整合一样,车载充电器的PFC三相桥式整合器和牵引马达驱动器的额定电压非常接近。Jason Cao指出,即能实现车载充电器和牵引马达驱动器的三相桥式共用功率开关,可以降低成本并提高功率密度。由於马达中通常有三个绕组,因此也可透过在OBC中共用绕组作为功率因数校正电感器来实现磁性整合,这也有助於降低设计成本并提高功率密度。

Jason Cao表示,从低阶机械整合到高阶电子整合,一直在不断发展。系统复杂度将随着整合级别的提高而增加。但是每个动力传动系统模组变型都会有不同的设计挑战,例如需要仔细设计磁性整合以达到最隹性能,且对於整合系统,控制演算法将更加复杂,在更小的系统中也要设计高效的冷却系统来散热。

Jason Cao强调,灵活性是整合动力传动系统的关键。多样化的选项为使用者提供了在任意级别上探索此设计的机会。

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