從2007年到2021年，中國汽車行業一路蓬勃發展，汽車銷量在2018年階段性見頂。在這個過程中，我們看到了合資企業高速發展、自主品牌崛起還有新興企業在電動汽車的成長。目前在汽車行業大變革時期對電氣化、智能化、網聯化、共享化多重賽道提出了截然不同的設計和開發需求，這使得在競爭最激烈的中國市場，整車企業已經開始打破原先“五年一換代、三年一改款”的開發步調，目前車企都是在燃油車銷售的基礎，實施大規模的投入進入電動化轉型，在軟件側面進行轉型。如下圖所示，我們能看到一個非常重要的特點，就是動力總成和熱管理系統，包括驅動系統、電池系統、充電和功率電子和熱管理系統在某種程度上開始進一步融合發展，進入高集成化階段。這些灰色的部分，都將作為未來智能電動汽車的基礎部件，在講究規模化、集成化的道路上進行發展。

圖1 電動汽車的發展的基礎和拓展

第一部分 動力總成方向上的組合？

我們在前幾年經歷的整合，主要包括電氣化的動力架構主要包括車載充電器（OBC）、高電壓DC/DC（HV DCDC）、逆變器（ACDC）和配電單元（PDU）等動力系統終端器件。由于這些部件比較多，在平臺開發的考慮中，可以在機械、控制或動力系統級別應用整合。目前已經很清楚的做法，一種是模塊化集成：

3+3+3：驅動系統（電機、逆變器、減速器三合一驅動）+電池系統（電池+OBC+DCDC集成），熱管理集成（PTC、壓縮機和管路、閥），這個我們已經比較熟悉了，這已經成為了一個常規的做法。

往上面更多的集成，如下圖通用汽車在Ultium平臺“8合1”的高集成電驅單元，這里包括了電機、逆變器和減速器，整車控制器、集成PDU、OBC和兩個DCDC 。

圖2 通用汽車“8合1”的高集成電驅單元

我們可以看到，隨著競爭的日趨激烈，想要在規模上達到一定的高度，車企就需要在原有的模塊化基礎上做深入的簡化，把這些部件進行集成化形成一個整體部件，這樣可以帶來很多的好處：

1. 優化三電和電動汽車架構的特性和效率，可以通過減少需要總裝的零件數量，提高總裝的可制造性；
2. 通過結構系統，可以減少高壓連接的線束，合并結構并減少支架，達到整體減重的目的，最重要的是降低整車層面管理的復雜度
3. 面向未來考慮，把每個部件進行標準化和模塊化，這樣在集成過程中，盡可能復用
4. 優化成本，整合的過程，使得成本上有很大的空間

這里我們看到兩個方向，一個是從芯片和電路方向方面的不同集成化階段，如之前所說的，從不同電氣、結構和 控制的層級來看，集成化有不同的階段，我們以車載充電機和 DCDC這個集成為例，這兩個部件是完全獨立的。 我們最終的目的，是要通過功能合并，盡可能讓兩個高度集成的部件在元器件層面上能實現一定程度的復用，通過細節設計改變電路的一定結構實現簡化成本的目的。

備注：這個原理框圖出自TI的官方網站TI.COM.CN，上面有關于這些器件的選型列表。其中，TI超低延遲的 C2000?MCU有助于實現更高的開關頻率（最多提高 1 到 2 MHz），以及，由 GaN 等材料制成的寬帶隙開關與經過優化的高速柵極驅動器，可大幅度減小元器件尺寸，提高系統效率。

第一階段：OBC和DCDC，只是物理上放在一起，兩個都是獨立的，也就是如下圖所示，整體的兩個部件

第二階段：兩個部件使用一個結構殼體，共享冷卻流道

第三階段：控制級整合，把兩個部件的控制邏輯部分的電路整合在一起

第四階段：在功率拓撲層面，復用部分的電路器件（開關器件和磁性器件）

圖3 OBC和高電壓DC/DC轉換器不同層級的整合

也正是從這個角度來看，目前從功率器件整合來看，考慮到車載充電器和高電壓DC/DC的全橋額定電壓相同，可以考慮結合使用，兩個部件復用全橋共享電源開關成為可能。將兩個變壓器整合在一起即可實現磁性整合，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。在這種設計下，DCDC低電壓輸出的性能將受限，可以考慮是增加一個內置降壓轉換器。

圖4 OBC和DCDC的功率層面復用

第二個方向，就是控制層面，算法層面的集中化處理。

以之前某品牌集成 熱管理的設計方向來說，這里不光采用了部件集成，所有部件物理部分集中，將傳統熱管理系統中 12 個部件集成為一體，采用基板替代原有的 互通管路，實現熱管理系統管路數量降低 40%、部件數量降低 10%。最重要的是控制集成，所有部件控制部分集中，壓縮機、水泵等關鍵部件的控制系統全部集成至 EDU（Electric Drive Unit）， 這樣的好處在于軟件的擴展、升級和功能優化，降低部件電控故障概率，增強各部件生命周期的診斷、 維護。最重要的是，這是符合未來的汽車軟件集中化管理發布的技術大方向。

圖5 集成熱管理系統

小結：智能電動汽車會在未來顛覆整個行業，在整個過程中，電氣化部件的集成和共用是基礎。在零部件數量和系統簡易度方面的優勢是非常地，而且從開始的結構整合到電子電氣方面的集成化。隨著軟件控制的逐步發展，整體智能汽車的發展節奏會更快，更需要芯片和軟件在三電系統的核心支持。

參考文件：

1）Achieving High Efficiency and Enabling Integration in EV Powertrain Subsystems Using C2000? Real-Time MCUs

2）A High-Performance, Integrated Powertrain Solution: The Key to EV Adoption

3）Reduce EV cost and improve drive range by integrating powertrain systems