麥肯錫報(bào)告顯示，如今，電動(dòng)汽車的平均生產(chǎn)成本比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車高出 12000 美元。隨著汽車制造商致力于滿足全球排放法規(guī)，還必須彌補(bǔ)性價(jià)比差距來幫助消費(fèi)者過渡到混合動(dòng)力汽車或全電動(dòng)汽車。

　　因此，對于汽車設(shè)計(jì)工程師來說，提高效率、可靠性和延長行駛里程，降低電動(dòng)汽車昂貴器件（動(dòng)力總成系統(tǒng)）的成本無疑是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。針對行業(yè)現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)，德州儀器（TI）提出了多種功率級別“多合一”整合方案和設(shè)計(jì)思路，助力新能源車企提升技術(shù)優(yōu)勢。

　　一直以來，混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車動(dòng)力總成都是推動(dòng)汽車行業(yè)進(jìn)步的系統(tǒng)的結(jié)合體，將電池、DC/DC轉(zhuǎn)換器、車載充電器和牽引逆變器封裝在不同的外殼中。目前，隨著模擬和嵌入式處理技術(shù)的進(jìn)步，設(shè)計(jì)人員可以使用單個(gè)域控制器和功率級來組合這些系統(tǒng)，從而幫助他們提高效率和可靠性，同時(shí)降低成本并符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)，成為當(dāng)下熱門的研究方向。

　　德州儀器中國區(qū)汽車業(yè)務(wù)部現(xiàn)場技術(shù)應(yīng)用經(jīng)理周東寶介紹道，根據(jù)不同的集成模塊數(shù)量，可以分為二合一、三合一、五合一等幾種不同的集成解決方案。根據(jù)集成的難易程度，還可以把動(dòng)力總成集成分為基礎(chǔ)的機(jī)械層面集成，即物理集成，以及更加復(fù)雜的控制邏輯和功率層級方面的集成。通過使用TI的解決方案，客戶可以實(shí)現(xiàn)從分布式的電源架構(gòu)到單個(gè)動(dòng)力域的控制器的方案轉(zhuǎn)變。整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜程度也會(huì)隨著整合級別的增加而提高，對客戶的收益也會(huì)越來越高，不過，集成度越高面臨的挑戰(zhàn)也會(huì)越多。

　　對于集成化的方案，周東寶總結(jié)道：（1）電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)多合一的集成化的解決方案，通過共享外殼的耦合以及冷卻系統(tǒng)，減少連接器的數(shù)量；（2）通過更進(jìn)一步的共享控制電路以及共享功率電路等，有效地降低電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的體積、重量和成本，同時(shí)提高電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率密度；（3）更好地實(shí)現(xiàn)輕量化，有助于延長電動(dòng)汽車的續(xù)航里程；（4）通過整體上對系統(tǒng)進(jìn)行熱性能的優(yōu)化，保證系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，因?yàn)楣δ馨踩乾F(xiàn)在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)里面非常重要的一個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)，所以TI集成化的解決方案也有助于簡化功能安全系統(tǒng)的開發(fā)和認(rèn)證工作。

　　在功率電子層面的“多合一”的集成設(shè)計(jì)方案，可以幫助客戶將整個(gè)系統(tǒng)的尺寸和成本降低50%。TI的三合一動(dòng)力總成集成解決方案用了C2000系列微控制器、集成驅(qū)動(dòng)器的GaN場效應(yīng)晶體管、隔離驅(qū)動(dòng)器UCC5870、以及溫度傳感器TMP126等產(chǎn)品。

　　除了集成系統(tǒng)的固有優(yōu)勢之外，要確保在電動(dòng)汽車高壓電池環(huán)境中的可靠性，還需要強(qiáng)大的保護(hù)功能和峰值熱性能。

　　借助針對嚴(yán)苛汽車環(huán)境設(shè)計(jì)和測試的隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器，隔離技術(shù)可幫助應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。集成式診斷功能也是安全方程式的重要組成部分，可幫助動(dòng)力總成系統(tǒng)符合ASIL-D要求，這是道路機(jī)動(dòng)車輛功能安全的最高級別要求，也是OEM廠商面臨的一個(gè)主要難題。

　　對于TI動(dòng)力總成系統(tǒng)集成解決方案的優(yōu)勢，周東寶總結(jié)道：首先，集成解決方案功率密度高，整個(gè)系統(tǒng)效率可以達(dá)到98%；其次，通過利用TI產(chǎn)品，幫助客戶進(jìn)行熱性能方面優(yōu)化，以及診斷、保護(hù)等電路設(shè)計(jì)，提升整個(gè)電路可靠性；三是通過使用TI的產(chǎn)品，可以使用更少的器件、更小的解決方案和尺寸來將整個(gè)系統(tǒng)的成本進(jìn)行大規(guī)模地降低；四是，TI提供了多種方案來簡化客戶的功能安全認(rèn)證，比如高達(dá)ASIL D級的合規(guī)認(rèn)證工作。

　　在TI召開的媒體分享會(huì)上，威邁斯 （VMAX） 副總裁韓永杰表示，“近年來，新能源汽車行業(yè)發(fā)展非常迅速，電力電子在新能源汽車的帶動(dòng)之下，目前電動(dòng)汽車的發(fā)展有兩個(gè)非常明顯的趨勢，一是提升性能，二是降低成本，減少產(chǎn)品的體積和種量。”

　　在他看來，要想設(shè)計(jì)出對于全中國消費(fèi)者而言更加高效、可靠且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的電動(dòng)汽車，動(dòng)力總成集成是關(guān)鍵。TI的技術(shù)和專業(yè)知識正在幫助我們達(dá)到客戶對車載充電器、直流/直流轉(zhuǎn)換器和牽引逆變器系統(tǒng)所需的集成水平。企業(yè)和行業(yè)都正在親身體驗(yàn)動(dòng)力總成集成帶來的優(yōu)勢。從未來的趨勢來講，韓永杰認(rèn)為，整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)還要更進(jìn)一步的趨向于集成化。

　　寫在最后

　　電動(dòng)汽車市場正在快速增長。預(yù)計(jì)到2025年，電動(dòng)汽車的數(shù)量占全球汽車銷量的30%。動(dòng)力總成集成將在電動(dòng)汽車市場增長中發(fā)揮關(guān)鍵作用，從低級別的機(jī)械集成到高級別的電子集成，集成的發(fā)展仍在繼續(xù)。已證明集成式動(dòng)力總成系統(tǒng)的功率密度提高了40%至50%，體積和重量大大減少，可靠性提高，動(dòng)力總成集成正在支持電動(dòng)汽車市場的加速增長。

　　但同時(shí)，隨著集成級別的提高，系統(tǒng)的復(fù)雜性也將增加。每種架構(gòu)變體都會(huì)帶來不同的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，靈活性也將成為動(dòng)力總成集成的關(guān)鍵考量因素。