整车电气系统设计——高压系统集成方案

整车电子电气系统(Automotive EE system)
文 | Feynman.Yang  来源 | 学习总结

我们上一篇文章中集中解释了高压系统中每一个设备的主要功能,一般OEM都不会完全一一的堆叠设备,而是走功能集成来实现设备集成(反过来也是正确的),而集成度带来的必然是复杂度以及研发生产的要求不断提升,也就造成了研发周期和生产成本的指数性增长,接下来的我们谈谈高压系统的几种比较常见的集成方案。

第一种:非集成全分散的结构
全分散的方式是最初的纯电动平台方案,也是最基础的逻辑,基本上后续平台策略算是按照基础的框架来做不同的集成方案,但是基本的功能都是按照这个设计逻辑来展开。

缺点很明显:集成度不足,整车成本偏高,线束数量多,布置难度系数大,热损耗高,经济型不高。

备注:

  • PTC的方式一般是液体加热一种是气体加热,一般情况下是气体方式,因此表达出来了两种,其实是二选一的方式;

  • 驱动方式的问题也是,一般是前驱设计,但是大多数车型平台的设计都会考虑兼容四驱状态,因此也标注前后驱动电机;

  • 对于直流快充有的设计是直接连接到动力电池,这种设计的原因是将快充继电器和保险丝都放在了动力电池来做保护和控制设计。

一般情况下,这种设计已经淘汰了,是最初的纯电动平台方案,也是最基础的逻辑,基本上后续平台策略算是按照基础的框架来做不同的集成方案,但是基本的功能都是按照这个设计保持一致。
第二种:驱动系统的集成方案
对于驱动系统的集成是集成设计的第一部分:逆变器、MCU、驱动电机以及减速器四个部分集成为整个高压的驱动部分,对于这部分的集成方案,不同的主机厂存在不同的集成方案的设计。
PDU+逆变器方案

备注:

  • PDU和DC-AC的方案的集成,可以在驱动电机的上方集成成一个控制器,在内部而言布线并未节省太多,但是在设备的精简上产生了很大的作用;

  • 高压系统的全屏蔽的设计(fully shielded),对于交流电而言即便有交流电导线的延展也不会造成过多的EMC问题;

DC-DC+逆变器方案

这套方案也是一个比较理想的方案逻辑,太高的集成度会增加整体系统的开发难度,也会造成系统的失效风险集中化,但是过于分散的设计又增加了布局的难度和不必要的损耗,电气系统的复杂度增加,因此分成两个大部分的集成也是取中路线,集中在前舱去叠罗汉的过程中,同时这种设计还会要求动力电池中的要求有一定的配电功能,也就是DC-DC和DC-AC的电源输出依靠动力电池来分配,降低了PDU的负载需求。

那就意味着DC-AC和DC-DC成为高压上电之后工作的主要设备,也就意味着水冷系统的必要性(此部分是我个人的思考,可以建立驱动电机和逆变器DC-DC合成件的联合水路,降温效果势必会更加好

驱动三合一+配电二合一方案

驱动三合一方案是国产主机厂提出来的集成方案,并且已经成为该主机厂的核心方案,本身主机厂作为研发端可以实现产品的高有效集成并应用于实际的车型平台上是最为有价值的设计。
驱动三合一的结果是:逆变器+电机控制器+驱动电机+减速器的合一化,因此无论是三合一还是四合一,仅仅是称呼上的不同而已。
对于驱动系统的集成之后OEM的设计思路也是分成了两部分去完成:配电二合一也就是将PDU和DC-DC集成在一起;充配电三合一也就是PDU、DC-DC以及OBC三合一。
之所以后一个方案并没有成为标配的一个原因还是在考虑到OBC的功能提出了新的需求,也就是双向充电功能,因此OBC独立成一个设备来实现该功能也是现阶段比较可取的设计方案。

驱动三合一+充配电三合一方案
以上是对于高压系统的不同设计方案的一个罗列,对于不同的主机厂、不同的设计工程师都会有完全不同的设计思路,我们对于设计方案的选择是基于本身自己的车型平台以及供应商产品而做出的最优化的方案,也是对于电子电气架构不同理解的一个展示,因此没有好坏之分,只有认知不同的区别。
不过,国内主机厂和tier1在高压系统上是有很强的发言权,国内主机厂对于高压系统的理解我认为最起码不落后于国外,甚至在相当部分领域是领航者,个人总结,总会有偏颇和错误,若有用词不当,表述不清或者完全的认知错误,请诸位批评斧正。
 引用 Refreences

本文由不架构的汽车电子电气

本文由不架构的汽车电子电气原创,作者:Feynman-Yang。

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