电动汽车多合一动力总成技术及发展趋势

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一、多合一动力总成概述

多合一动力总成由高压分配单元PDU、 驱动电机、减速器、驱动电机控制器MCU、高低压直流转换器DCDC、车载充电器OBC和其它控制模块组成。车载充电机（OBC）、车载DC/DC变换器和高压配电单元PDU集成的产品，统称为电源总成。驱动电机、减速器、驱动电机控制器集成的产品，统称为动力总成EPT。而两者的结合，并融合其它控制模块，也将作为动力总成的衍生产品，统称为多合一动力总成。



在新能源汽车领域，多合一动力总成在新能源汽车的地位与发动机在传统汽车中的地位相当。



二、多合一动力总成现状

目前市面上量产的多合一动力域控制器，基本都是被集成在单个箱体里，把多块板子放到一起，基本上属于物理集成的范畴。
比亚迪多合一动力总成：比亚迪多合一动力总成集成驱动电机、减速器、驱动电机控制器、PDU( 高压配电箱) 、DC-DC （高低压直流转换器）、Bi-OBC （车载充电器）、VCU （整车控制器）以及 BMS （电池管理器）。



华为多合一动力总成：120kW 多合一电驱动系统，超融合架构的动力域解决方案，集成电机控制器（MCU）、永磁同步电机、减速器、车载充电机（OBC）、电压变换器（DC/DC）及电源分配单元（PDU）六大部件，支持融合BMS软件算法。

项目	参数值
尺寸（长*宽*高）	428 mm *  445 mm * 330mm
重量	≤ 75 kg
效率	峰值效率≥93%
直流电压工作范围	200-500  Vdc
峰值功率	120 kW @  350 Vdc
峰值输出扭矩	2500 N·m
充电特性	输出功率：6.6  kW；平均效率：≥ 94.8% @满载

日产汽车多合一动力总成：为了成本的优势，日产汽车开发出“三合一”动力总成原型，对电机、逆变器和减速器进行了模块化设计，“五合一”原型进一步实现了电机、逆变器、减速器、发电机和增速器的模块化设计。在官方宣传的信息中主要优势是成本大幅降低以及生产线的共用，减少生产及管理费用。


三、多合一动力总成优缺点

从OBC、DCDC、MCU的电路拓扑可以看出，动力总成各部件由输入整流滤波电路、EMC电路、控制电路、变压电路、反馈电路、输出整流滤波电路组成。属于高低压一体零部件。



OBC电路拓扑



DCDC电路拓扑



电机驱动电路拓扑

多合一动力总成的优点：

1、降低成本，缩短开发周期

2、提高动力总成系统功率密度。

3、具有标准化和模块化能力，研发生产可以同平台。

多合一动力总成的缺点：

1、多合一电驱总成集成度高，功率器件多，热损耗大，散热将是关键问题。

2、高低压耦合，易产生电磁干扰问题。

3、随着高压平台的应用，电应力对继电器、熔断器、薄膜电容等器件可靠性的影响。

四、多合一动力总成发展趋势
按照技术的发展的趋势，分为四个阶段：独立部件、机械集成、控制集成、功率级集成等阶段。目前的核心都处于机械集成阶段，部分功能形成了控制集成，后续将会形成控制集成+功率级集成的阶段。功率级集成方案：来自TI的方案，详细内容可以参考《德州仪器多合一动力总成系统解决方案，助力新能源汽车快速实现轻量、高效、降本》文章。


将DCDC电路部分与变压器部分进行共享。



将PFC电路部分与逆变器部分功率器件进行共享。

控制级集成方案：来自ST的方案，具体内容参考ST官网《StellarP运动控制 - 意法半导体STMicroelectronics》文章。ST的多合一动力域控制器使用最新一代StellarP系列汽车MCU，以满足电气化集成的控制。它包含以下应用的集成：主驱逆变器、车辆控制单元（VCU）、电池管理单元主板（BMU）、车载充电器（OBC）和DC/DC转换器。高度集成的形式，让整个控制器尺寸可以进一步缩小，集成度会更高，系统的BOM成本可以进一步优化。



比亚迪控制级多合一专利《电动汽车及其集成控制器、集成控制系统》与ST解决方案有异曲同工之妙，提出了一种电动汽车及其集成控制器、控制系统，其中，集成控制器包括：第一控制芯片，其包括第一内核和第二内核，第一内核用于对电控模块进行控制，以实现对电机的驱动，第二内核用于对车载充电模块进行控制，以实现外部交流电源对动力电池进行交流充电，或者， 实现动力电池通过交流充放电口向外部负载进 行交流放电。该集成控制器，能够减少元器件的 使用，从而能够降低成本、减小体积、降低总成重量。





总结：

随着汽车领域电力电子、电气架构的发展，朝着功率密度、集成化程度、高效率、安全性和智能化的方向发展，成本将会是发展的最大驱动力。动力总成多合一控制器电力电子部分承载着成本的前提，技术将会高度集成，最终将会由一块信号板，一块功率板组成。