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TI整合動力傳動系統解決方案 打造電動車模組化架構
 

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

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德州儀器Jason Cao表示,當汽車應用能夠以更少的零件完成更多的工作時,就能夠實現電動車在減少重量和成本的同時提高可靠性。這樣的理念就是在電動車(EV)和混合電動車(HEV)中整合其設計和整合動力傳動系統。

OBC和DC/DC模組化架構的四個常見選項
OBC和DC/DC模組化架構的四個常見選項

模組化架構整合了諸多動力傳動系統終端設備,例如車載充電器(OBC)、高電壓 DC/ DC(HV DC/ DC)、逆變器和配電單元(PDU)等,可在機械、控制或動力傳動系統級別應用整合。

Jason Cao指出,模組化架構最適合EV/HEV,整合動力傳動系統解決方案不僅能協助開發者提升功率密度、減輕重量進而增加可靠性、優化成本,此外,因其具有標準化和模組化能力,因而能夠簡化設計和組裝。

目前市場上有許多方法來實現模組化應用,以車載充電器和高電壓DC/DC模組為例,德州儀器分享四種最常見的方法,讓開發者在組合動力傳動系統、控制電路和機械的同時,達到最大化功率密度。

用來實現模組化應用的四種常見方法

1.帶有獨立系統的獨立組件,不過現在較少人使用。

2.可細分為兩個種選擇,一是共用DC/DC和車載充電裝置的機械外殼,但拆分獨立的冷卻系統;另外是共用外殼和冷卻系統,此為最常見的選擇。

3.控制級整合,目前正逐步發展成為選項4。

4.具備最佳成本優勢的功率級整合,因為其電源電路中的電源開關和磁性元件較少,但是它的控制演算法也最為複雜。

動力傳動系統模組原理

Jason Cao表示動力傳動系統模組的原理能夠實現具備功率開關和磁性整合的模組化架構。將OBC和高電壓DC/ DC轉換器都連接到高電壓電池,因此車載充電器和高電壓DC/DC的全橋式額定電壓相同,讓車載充電器和高電壓DC/DC的全橋可與功率開關相互共用。

他進一步解釋,此外,將兩個變壓器整合在一起即可實現磁性整合。由於它們在高電壓側具有相同的額定電壓,因此最終可能成為三相變壓器。

針對提升性能的設計,Jason Cao表示,內建降壓轉換器能夠改善低電壓輸出的性能,當此組合拓撲在高電壓電池充電條件下作用時,高電壓輸出將得到精確的控制。但是,由於變壓器的兩個終端合在一起,造成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內建降壓轉換器,但該方法需要權衡額外成本。

如同OBC和高電壓DC/DC整合一樣,車載充電器的PFC三相橋式整合器和牽引馬達驅動器的額定電壓非常接近。Jason Cao指出,即能實現車載充電器和牽引馬達驅動器的三相橋式共用功率開關,可以降低成本並提高功率密度。由於馬達中通常有三個繞組,因此也可透過在OBC中共用繞組作為功率因數校正電感器來實現磁性整合,這也有助於降低設計成本並提高功率密度。

Jason Cao表示,從低階機械整合到高階電子整合,一直在不斷發展。系統複雜度將隨著整合級別的提高而增加。但是每個動力傳動系統模組變型都會有不同的設計挑戰,例如需要仔細設計磁性整合以達到最佳性能,且對於整合系統,控制演算法將更加複雜,在更小的系統中也要設計高效的冷卻系統來散熱。

Jason Cao強調,靈活性是整合動力傳動系統的關鍵。多樣化的選項為使用者提供了在任意級別上探索此設計的機會。

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