麥肯錫報告顯示，如今，電動汽車的平均生產成本比傳統(tǒng)內燃機汽車高出 12000 美元。隨著汽車制造商致力于滿足全球排放法規(guī)，還必須彌補性價比差距來幫助消費者過渡到混合動力汽車或全電動汽車。
因此，對于汽車設計工程師來說，提高效率、可靠性和延長行駛里程，降低電動汽車昂貴器件（動力總成系統(tǒng)）的成本無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)。針對行業(yè)現狀和挑戰(zhàn)，德州儀器（TI）提出了多種功率級別“多合一”整合方案和設計思路，助力新能源車企提升技術優(yōu)勢。
一直以來，混合動力和電動汽車動力總成都是推動汽車行業(yè)進步的系統(tǒng)的結合體，將電池、DC/DC轉換器、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的進步，設計人員可以使用單個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，同時降低成本并符合功能安全標準，成為當下熱門的研究方向。
德州儀器中國區(qū)汽車業(yè)務部現場技術應用經理周東寶介紹道，根據不同的集成模塊數量，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。根據集成的難易程度，還可以把動力總成集成分為基礎的機械層面集成，即物理集成，以及更加復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，客戶可以實現從分布式的電源架構到單個動力域的控制器的方案轉變。整個系統(tǒng)的復雜程度也會隨著整合級別的增加而提高，對客戶的收益也會越來越高，不過，集成度越高面臨的挑戰(zhàn)也會越多。
對于集成化的方案，周東寶總結道：（1）電驅動系統(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)，減少連接器的數量；（2）通過更進一步的共享控制電路以及共享功率電路等，有效地降低電驅動系統(tǒng)的體積、重量和成本，同時提高電驅動系統(tǒng)的功率密度；（3）更好地實現輕量化，有助于延長電動汽車的續(xù)航里程；（4）通過整體上對系統(tǒng)進行熱性能的優(yōu)化，保證系統(tǒng)的可靠性。同時，因為功能安全是現在電驅動系統(tǒng)里面非常重要的一個設計指標，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)和認證工作。
在功率電子層面的“多合一”的集成設計方案，可以幫助客戶將整個系統(tǒng)的尺寸和成本降低50%。TI的三合一動力總成集成解決方案用了C2000系列微控制器、集成驅動器的GaN場效應晶體管、隔離驅動器UCC5870、以及溫度傳感器TMP126等產品。
除了集成系統(tǒng)的固有優(yōu)勢之外，要確保在電動汽車高壓電池環(huán)境中的可靠性，還需要強大的保護功能和峰值熱性能。
借助針對嚴苛汽車環(huán)境設計和測試的隔離式柵極驅動器和調制器，隔離技術可幫助應對這些挑戰(zhàn)。集成式診斷功能也是安全方程式的重要組成部分，可幫助動力總成系統(tǒng)符合ASIL-D要求，這是道路機動車輛功能安全的最高級別要求，也是OEM廠商面臨的一個主要難題。
對于TI動力總成系統(tǒng)集成解決方案的優(yōu)勢，周東寶總結道：首先，集成解決方案功率密度高，整個系統(tǒng)效率可以達到98%；其次，通過利用TI產品，幫助客戶進行熱性能方面優(yōu)化，以及診斷、保護等電路設計，提升整個電路可靠性；三是通過使用TI的產品，可以使用更少的器件、更小的解決方案和尺寸來將整個系統(tǒng)的成本進行大規(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證，比如高達ASIL D級的合規(guī)認證工作。
在TI召開的媒體分享會上，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之下，目前電動汽車的發(fā)展有兩個非常明顯的趨勢，一是提升性能，二是降低成本，減少產品的體積和種量。”
在他看來，要想設計出對于全中國消費者而言更加高效、可靠且經濟實惠的電動汽車，動力總成集成是關鍵。TI的技術和專業(yè)知識正在幫助我們達到客戶對車載充電器、直流/直流轉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)都正在親身體驗動力總成集成帶來的優(yōu)勢。從未來的趨勢來講，韓永杰認為，整個動力系統(tǒng)還要更進一步的趨向于集成化。
寫在最后
電動汽車市場正在快速增長。預計到2025年，電動汽車的數量占全球汽車銷量的30%。動力總成集成將在電動汽車市場增長中發(fā)揮關鍵作用，從低級別的機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，動力總成集成正在支持電動汽車市場的加速增長。
但同時，隨著集成級別的提高，系統(tǒng)的復雜性也將增加。每種架構變體都會帶來不同的設計挑戰(zhàn)，靈活性也將成為動力總成集成的關鍵考量因素。
