摘要
相比傳統架構所不同，多合一動力總成系統的優勢非常明顯，其可以提高功率密度，增加可靠性，同時具有標準化和模塊化能力，設計和組裝更簡易，最為關鍵的，還能優化成本。
必須正視的一個現實是，新能源汽車要想在市場上真正與傳統燃油車抗衡，仍需要在產品可靠性、一次性購買成本等方面進行提升。
從技術的突破方向來看，國內外主流車企和各大Tier1的主要聚焦點都在三電領域，這既包括動力電池、電機、電控在內的「大三電」的性能提升成本降低，也包括車載充電器（OBC）、高電壓DC/DC、逆變器和配電單元（PDU）在內的「小三電」的迭代升級。
在「小三電」領域，通過系統輕量化設計、一體化整合等方式來提升效率、降低成本，以此提升整個產品的性價比。是行業目前一致的共識。
德州儀器(TI)介紹，當汽車應用程式可以用更少的零件完成更多的工作時，就可以在減少重量和成本的同時提高可靠性，這就是將電動汽車（EV）和混合電動汽車（HEV）設計與多合一動力總成系統相整合的思路。
過去的四十年，德州儀器持續致力於助力加速汽車綠色化、電子化、智能化進程。至今，已有7000多種車規級的產品面市，並且還在以每年幾百種新產品的速度持續增加。
目前，其已經在ADAS、信息與娛樂系統、車身電子及照明、新能源汽車動力系統這四個重要汽車電子細分領域，為客戶提供系統級的解決方案。
這其中，在新能源汽車動力系統領域，德州儀器一個重要的產品就是多合一動力總成解決方案。
多合一動力總成組合架構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）等動力系統終端器件。可在機械、控制或動力系統級別應用整合。
圖1：電動汽車標準架構概述
相比傳統架構所不同，多合一動力總成系統的優勢非常明顯，其可以提高功率密度，增加可靠性，同時具有標準化和模塊化能力，設計和組裝更簡易，最為關鍵的，還能優化成本。因此，這種集成式的系統也成為汽車電動化過程中的發展趨勢。
高工鋰電了解到，小三電的動力總成系統發展主要分為獨立組、機械整合、控制級整合、功率級整合四個階段。
其中，獨立組件的架構形式已經被逐漸淘汰，目前最為常見的為共享外殼和冷卻系統的機械整合方式。
機械整合之後，控制級整合已經開始逐步導入使用。
通過OBC、高電DC/DC、PDU三合一高電壓整合，可優化電磁幹擾（EMI），同時還能實現輕量化和性能的提升。數據顯示：此類設計可減少約40%的重量和體積並提升40%的功率密度。
在控制級整合之後，將進一步向功率級整合方式演化，這種方式因為電源電路中的電源開關和磁性元件較少，因此成本優勢將更為明顯，但是它的控制算法也最為複雜。
德州儀器介紹，其目前已經可以提供功率級整合的多合一動力總成系統，可以實現功率開關器件共享和磁性整合功能的多合一。
圖3：多合一動力總成系統中的電源開關和電磁共享
在具體實現方式上，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的全橋額定電壓相同，使得車載充電器和高電壓DC/DC的全橋共享功率開關器件成為可能。
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端變壓器。
在性能的提升上，德州儀器介紹，在其多合一動力總成系統解決方案中，通過內置降壓轉換器，可以幫助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工作時，高電壓輸出將得到精確控制。但是，由於變壓器的兩個端子耦合在一起，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內置降壓轉換器，但該方法需要權衡額外成本。
圖4：改善低電壓輸出的性能
同時，通過共享組建，德州儀器的產品方案還能在提升功率密度的同時，最大程度降低成本。
如同OBC和高電壓DC/DC整合一樣，車載充電器的PFC三相橋和牽引電機驅動器的三相橋中的額定電壓非常接近。如圖5所示，即能實現車載充電器和牽引電機驅動器的三相橋共享功率開關器件，可以降低成本並提高功率密度。
圖5：在組合框設計中共享組件
此外，由於電機中通常有三個繞組，因此也可通過在OBC中共享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。
德州儀器認為，從低級機械整合到高級電子整合，「小三電」系統一直在不斷發展，系統複雜度將隨著整合級別的提高而增加。
但是每個多合一動力總成系統變型都會有不同的設計挑戰，對此，德州儀器通過多種方式來應對這種挑戰。
一是仔細設計磁性整合以達到最佳性能。二是對於整合系統，控制算法將更加複雜，在該領域加大研發投入。三是設計高效的冷卻系統，以散發較小系統中的所有熱量。最後，靈活性是多合一動力總成系統的關鍵，通過多樣化的選項為用戶提供了在任意級別上探索設計的機會。
高工鋰電獲悉，除了多合一動力總成系統，德州儀器在新能源汽車動力板塊中，還可以提供自動啟停、電池管理、電動轉向助力、發動機和變速箱控制等核心應用領域的產品和解決方案。在馬達控制、車載充電系統、雙向電源管理系統、電源電池管理和監控系統，其都有符合功能安全ISO26262標準的器件和解決方案。此外，其在數位訊號處理、電源管理、測量晶片、隔離晶片共同提供了非常先進的方案。
德州儀器中國區汽車業務部總經理張磊認為，在汽車領域，其優勢主要體現在三個方面，一是多元化的產品廣度能夠提供系統級支持，在150多個汽車相關子運用裡面，有將近350整個參考設計，提供給客戶系統的支持，能夠讓客戶產品非常迅速從開發走向市場。
二是相關設計和產品方案都達到了國際的認證標準，可以達到車規級的使用要求。三則是在供應鏈的安全上，德州儀器通過全球化工廠，掌控了關鍵部件的生產和製造，以此可以保證全球供應鏈的供給保證和安全。
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來源: 高工鋰電網