電動汽車架構的案例
談談純電動汽車高壓電氣架構
3 結論
本文首先通過分析純電動汽車高壓架構功能要求，對比目前典型純電動汽車高壓電氣架構。通過高壓架構方案設計和高壓架構系統安全設計兩方面，提出了一種全新高壓架構設計方案，通過集成化的設計方案和最優的拓撲設計結構，實現成本最優并滿足系統安全要求。研究表明，此方案滿足系統功能和安全要求，空間布置簡單且質量降低，系統成本低，可實現平臺化推廣。
現代推出全新電動汽車架構IMA
蓋世汽車訊 據外媒報道，現代汽車公司（Hyundai Motor Company）宣布將在2025 年推出全新專用電動汽車架構：集成式模塊化架構（Integrated Modular Architecture，IMA）。據悉，該架構由電動全球模塊化平臺（E-GMP）演變而來，而E-GMP目前一直用于現代汽車集團（包括現代、起亞和Genesis）的新BEV。
該IMA是一種更通用的解決方案，或可用于各種乘用電動汽車以及專用車輛（PBV）。現代表示，IMA不僅將標準化底盤，還將標準化電池系統和電機。整個車輛陣容將配備9個標準化電池組（采用電池到電池組的方法）和5個標準化電動機。
與現有BEV開發系統不同，即不同車型采用不同類型的電池組，IMA可以配備標準化的電池組，所有車型都可以靈活安裝，從而提高成本效率。通過電芯到電池組（cell-to-pack）系統，該新的架構可以確保充分能量密度并縮短充電時間。
根據型號需要，IMA上還將安裝標準化的五種電機。而這種模塊化電機系統可在成本和重量以及電機效率方面保持優勢。
如下圖所示，現代開發出五臺具有200mm核心（和可變長度）的電動機。逆變器和變速器將集成到一個驅動單元中。
其中四個驅動單元（用于乘用車的eM系列）將為800 V電池系統電壓做好準備，而第五eS驅動單元（用于專用車輛）則可用于400 V系統電壓。新驅動單元的效率將會提高。成本和重量預計將分別下降35%和30%（2030至2021年間）。
現代汽車還將努力開發軟件架構，為客戶提供非凡擁有體驗。
展開 純電動汽車架構設計(一) ：電動車架構設計核心與前懸架選擇
圖4 蔚來ES8的前部架構設計，包括：平衡車輪許用轉角、縱向截面積和動力總成寬度、懸置搭載形式、電機控制器掛載形式與組合方式等等
圖5展示了一些沿襲了燃油車架構的純電動汽車。對于傳統汽車廠而言，這些油改電的產品是政策催化產物，都是以自產的燃油車為基礎，底盤基本沿用，車身做適應性改進來放置電池和電機，這樣只能保證電動車的基本功能，性能則乏善可陳。對于那些新興的電動汽車廠來說，沒有過往包袱的情況下，竟然也選擇了傳統車燃油車架構，實在令人費解。
圖5 一些基于傳統燃油車架構的電動車產品
4 純電動汽車關鍵特征
純電動汽車和傳統汽車的任務是相同的，就是快速、安全的把人和物從A點運送到B點，二者在人機工程、碰撞安全強度、底盤KC等方面的要求上也是一致的。但因為純電動車的動力系統有本質的變化，其他系統也有跟隨性變化，導致純電動車需采用不同于傳統車的架構設計。
圖6 純電動車動力傳動系統
圖6展示了純電動汽車部件與燃油車的差異。其中最主要的差異，是增加了電池系統，內燃機和變速器總成變成了電機和減速器總成。這兩個變化導致了整車架構設計上的巨大變化。
展開 純電動汽車架構設計(二)：電池布局與造型變化
13 本篇小結
動力電池電芯形式和尺寸對整車架構設計相當重要，應作為前期設計中的關鍵參數，應在早期進行合理規劃。
單層平板型電池結構簡潔可靠，易實現平臺化和通用化，能夠與車身形成一體化結構，所以是全新純電動車架構的首選方案。
采用平板電池后，整車高度將會增加，所以傳統的轎車形式并不適合全新純電動架構，主流趨勢是SUV或者MPV形式。
造型方面，CP點前移和前后懸縮短是純電動汽車發展趨勢；為了克服車身加高導致的側面臃腫感，可考慮壓低車門水切線和增加側圍下裝飾件兩種方法解決。
聲明：本文主要內容由盧元甲完成，本人只做了部分修改和補充。
作者簡介
王朋波，清華大學力學博士，汽車結構CAE分析專家。重慶市科協成員、《計算機輔助工程》期刊審稿人、交通運輸部項目評審專家。專業領域為整車疲勞耐久/NVH/碰撞安全性能開發與仿真計算，車體結構優化與輕量化，CAE分析流程自動化等。王朋波私人微信：poplewang；加微請注明：單位+姓名。
盧元甲，前總布置工程師，現京東無人配送車產品經理，盧元甲私人微信：IRain_Lu
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免費領課 | 通過仿真加快車輛電動化工程：優化能源管理策略以推進電動汽車創新
通過仿真加快車輛電動化工程
主講嘉賓：來自 Lion Electric 公司
考慮到相關系統的復雜性，進行電動動力系統工程設計以實現最大里程和最佳性能是一項艱巨的挑戰。實現電動汽車架構，并滿足指定的里程、功率、駕駛操控性、舒適性和安全性，從而理解各個子系統如何相互作用，這一點至關重要。通過在設計周期的早期階段將電池、電動機、逆變器、發電機與所有其他車輛子系統集成在一起，能夠捕捉整車的能量分布情況，從而在屬性之間取得理想平衡。能夠以虛擬方式探索所有 EV/HEV 配置的性能對于控制上市時間和開發成本至關重要。
此在線研討會將闡述如何通過仿真加快電動汽車最佳熱能管理策略驗證。我們的主講嘉賓布魯諾·皮隆來自 Lion Electric 公司，會介紹他們公司如何使用仿真解決方案縮短設計概念化和性能驗證之間的周期時間，并最終保持他們在電動校車市場中的前沿地位。此在線研討會將探討如何成功部署恰當的方法并運用 Maya HTT 之類合作伙伴的技術經驗來虛擬探索并驗證關鍵組件和子系統及其在集成過程中的性能，從而滿足里程、駕駛操控性和性能要求，同時減少物理實驗并降低成本。
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展開 新能源汽車講解丨電動車動力總成架構
新能源汽車講解丨電動車動力總成架構
800V高壓架構或將成為下一代電動汽車主流平臺
自從上海車展北汽極狐發布搭載華為全棧高壓解決方案的阿爾法S車型之后，十多家車企已經推出或者正在推出能夠快充的車輛，800V高壓架構已經成為2021年多個行業論壇的核心主題。
12月21號，在2021華為智能汽車解決方案生態論壇上，華為邀請產業界伙伴，探討如何協同推進高壓快充產業化進程，再次引發行業對高壓平臺的廣泛關注。
隨著電動汽車續航里程增加的邊際效應開始降低，從600公里到800公里比之前300到400和500公里帶來的體驗差異不大，同時對體積和重量的要求需要匹配更大的車輛，已經不是單純的比例關系。
快充就成為了下一步動力電池發展的必然方向，國內外車企都開始了充電5分鐘，加電200公里這樣的構想來迎合消費者對于快速補電的需求。
▲圖1.2021年主要的車企在高壓化架構方面的動向
Part 1 提高充電速度的辦法
●提高電動汽車充電功率的兩條路徑
從總體架構來看，提高電動汽車的充電功率主要包含幾個核心要素。我們能走的路徑只有兩條：
○提高電流：
如果我們保留其他的部件不變，選擇提升電流的路徑，主要的限制在于大電流產生的熱損失，這會導致整體的設計會有很大的差異。電路中的大電流會產生很高的熱損失，因為所有部件（連接器、電纜、電池的電連接、母線排等）的電阻都難免會發熱。針對電池在充電期間出現過熱的情況，則需要在設計導電元件和確定尺寸時考慮這些熱損失，以免發生過載、過熱或充電電流受控降額等問題。
展開 通過分布式架構驅動下一代電動汽車系統
電動汽車 (EV) 和混合動力電動汽車 (HEV) 正在不斷演進，其中的電子設備同樣也在發生變化。在這些車輛的整體構造和功能方面，越來越多的電子設備發揮著重要作用。但是，司機并沒有改變。他們仍然希望自己的電動汽車和混合動力電動汽車能夠順利地行駛更遠，變得更經濟實惠，充電速度更快，并確保他們的安全。那么設計人員如何才能以更低的成本為他們提供更多服務？
隨著對安全性、功率密度和電磁干擾 (EMI) 的要求越來越嚴格，涌現了不同的電源架構來應對這些挑戰，包括為每個關鍵負載配備獨立偏置電源的分布式電源架構。
電動汽車中的傳統電源架構
汽車設計工程師可以根據電動汽車的電源要求為某些電源架構設計方案。圖 1 所示的傳統方法是集中式電源架構，它使用一個中央變壓器和一個偏置控制器來為所有柵極驅動器生成偏置電壓。
圖 1：混合動力電動汽車/電動汽車牽引逆變器中的集中式架構
集中式架構成本較低，因而這種解決方案歷來廣受歡迎，但這種架構可能難以管理故障和調節電壓，而且布局具有挑戰性。集中式架構也容易受到更多噪音的影響，并且一個系統區域內的元件又高又重。
展開 電動汽車電機驅動控制器功能安全架構研究
0 引言
伴隨著新能源汽車產業的發展，車用電子電氣系統的功能也日趨復雜，如何確保電子電氣系統的功能安全已成為行業關注的重點和研究的熱點。國際標準化組織（ISO）于2011年正式發布了ISO26262《道路車輛功能安全》標準，其提供了一套涵蓋系統（包括硬件和軟件）及其生產制造的完整功能安全設計流程與認證制度，以確保汽車行駛的安全性，并已成為汽車行業目前普遍接受的一套完整的評估并降低風險的方法，獲得了全球主要汽車制造商以及零部件供應商的廣泛認可和采用。盡管該標準針對功能安全性給出了完整的設計流程，對功能安全理念的引入發揮了至關重要的作用，但由于其并不涉及特定產品的具體設計，同時國內外的相關文獻也鮮有介紹，因此如何正確地實現產品級的功能安全，對設計人員而言仍然具有一定的難度。
作為純電動汽車核心動力部件，電機驅動控制器其功能安全的正確實施顯得尤為重要。本文將從純電動汽車電機驅動控制器的安全目標出發，詳細闡述針對不同微處理器結構如何實現系統架構設計層面的功能安全。
1 電動汽車電機驅動控制器安全完整性等級分析
1.1 安全目標及安全完整性等級ASIL
產品安全性開發的最終目的是為了符合安全目標。安全目標是系統最高層面的安全要求，是危害分析和風險評估（HARA）的結果。基于HARA分析可以得出針對安全目標的汽車安全完整性等級（ASIL）。根據文獻可知，ASIL等級的確定需要針對危害事件綜合考慮嚴重度（S）、暴露概率（E）和可控性（C）的因素，如表1所示，其中D代表最高等級，A代表最低等級，QM表示質量管理。
對于S，E，C指標，文獻中均有明確定義，本文不再贅述。需要說明的是，一個安全目標可能與多種危害相關，而多個安全目標也可能與某種單一的危害有關。
展開 電動汽車動力系統集成化、模塊化下的芯片演化
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 。
展開 蔚來汽車李斌：電動汽車和智能的組合更有未來
李斌和蔚來汽車ES8
“自動駕駛和電動車的組合是最合適汽車的發展形態，也是未來汽車行業的方向。”12月2日，蔚來汽車董事長李斌在2018中國企業領袖年會上，談到了他對未來汽車行業發展方向的判斷。
李斌說，汽車產品正處在一個改變形態的歷史關口，慢慢會變成一種新的形態。為什么Smart EV要放在一起，這是因為電動汽車的架構是最適合智能汽車的，智能汽車包括自動駕駛、人工智能，包括沉浸式的體驗系統。
他說，之所以這樣判斷，有幾個很重要的原因。第一個是傳統汽油車從給它一個指令到燃燒、做工、輸出動力，是機械的傳送，大概需要400-500毫秒，而自動駕駛只需要30毫秒。大家不要忘了，自動駕駛還要加上傳感器的時間，運算的時間，控制輸出的時間，所以說傳統燃油車的架構做自動駕駛體驗一定不好。這是結構性優勢。
第二個也是很重要的原因，自動駕駛普及了以后，最大的好處是什么？是車上的時間解放，車會變成一個移動的生活空間。大家可以想像一下，電動車的架構最能解放車的內部空間，所以電動車的架構是最適合移動生活空間的理念。
“還有一點可能有點反常識，但也非常重要。因為電是分布式的能源，它已經完全被普及，其實電已經很容易獲得了，而汽油其實還是需要有很多點。如果我們用移動互聯網的一些邏輯，比如說有移動充電車、換電站，加上家里面裝充電樁的話，電動車的體驗能夠比燃油車好。”
我們想象一下，如果未來70%的用戶能在家里裝充電樁，再不用去加油站，還有30%左右的用戶可以用移動充電車，也可以做到加電比加油好。
這三個方面可以看到，電動車和智能的組合，能創造一個新的詞就是Smart EV，這個車的生態比現在的汽油車更有未來。所以智能電動汽車之所以能取代汽油車，不只是因為環保，不只是因為國家能源政策的推動，更重要的是用戶體驗層面更能符合將來的用戶方向。
展開 
電動汽車電源管理技術最新進展
這個混合因子會影響混合動力汽車中的燃油消耗。
汽車逆變器
主電源逆變器控制著電力傳動系統中的馬達，是混合動力汽車/電動汽車中的一個重要裝置。電源逆變器就像引擎汽車中的發動機管理系統(EMS)一樣決定著駕駛行為。這種逆變器適用于任何馬達，比如同步、異步或無刷馬達，由整合的電子PCB控制。這塊PCB板是汽車制造商專門設計的，用于最大程度地減少開關損耗，以及最大化地提高熱效率。逆變器的其他功能是捕獲再生制動釋放的能量，并回饋給電池充電。混合動力汽車/電動汽車的行駛距離與主逆變器的效率直接相關(圖5)。
▲圖5 混合動力汽車/電動汽車中的英飛凌主逆變器框架圖。(圖片來源：英飛凌)
雙電壓電池系統
管理好混合動力汽車和電動汽車中的電池要求使用高壓技術。結合了12V和48V電池的雙電壓系統需要雙向的直流/直流轉換，如圖6所示，目的是保護電路，支持架構化功能。
▲圖6 48V到12V的雙向直流/直流轉換器
另外，汽車架構設計中通常有一個單相的3.5kW或7kW板載充電器模塊(OBCM)，用于從電網給電動汽車或插電式混合動力汽車(PHEV)充電。反之，電動汽車和插電式混合動力汽車可以用作能源，也可整合可再生能源的智能電網中以用作儲能設備。智能電網工作時考慮到給電動汽車和插電式混合動力汽車智能充放電，這也是OBCM必須是雙向直流/直流充電器的原因。
這種設計的最佳架構是升壓系列諧振雙向拓撲，如圖7所示。它工作在諧振頻率之上，具有零壓開關功能，在最小開關頻率點具有最大的功率傳送性能。與單向電源流轉換器相比，這種技術用MOSFET整流器替代了二極管整流器。這種解決方案也具有較高的效率和較寬的電池容量。圖7所示的這種架構的一個主要缺點是整流橋在關斷時具有較大的損耗，這一問題在未來的設計中必須解決。
展開 捷豹電動汽車會不會顛覆特斯拉？
隨著石油的進一步被消耗，現在新能源汽車的發展如火如荼，即便短時間內新能源汽車無法取代傳統能源汽車，但是從長遠來看，新能源才是唯一的出路，所以大量的傳統汽車公司都在往新能源方向上轉。
但究竟什么是挑戰？Elon Musk曾經說過，其他的電動車企業都是我們的朋友，我們要共同擊敗消耗燃油、污染環境的傳統車。
「顛覆」的意思是：一個新的概念改變了一個行業的競爭基礎。
經過特斯拉和中國新能源車企的不斷努力和培育，電動汽車車企的誕生和成長可謂雨后春筍，然而這些企業真的有產品可以挑戰Tesla嗎？
之前也有寶馬i3，大眾e-golf之類的產品，但這些只是傳統企業嘗試性的播種，并沒有細心培育，自然不是特斯拉的對手。
針對電動車特點重新開發一套適應電動車架構的產品，才有可能對特斯拉產生挑戰。
至少目前看來，只有蔚來ES8和前途未卜的FF91（據說最近FF自救成功并推出V9），具備挑戰特斯拉的可能。
2、顛覆首先應該從架構設計開始
毋庸諱言，目前大量的油改電產品投放至市場，所衍生出的安全性低、效率低、用戶體驗差等問題讓消費者看待電動車形同怪胎，事實上，可怕的不是電動車，而是一些利好政策催生出來的奇葩產物。
毫無疑問，未來純電動專用架構的汽車的產品力會占有更大優勢。
因為架構帶來的差距是具有代差屬性的不同維度的差距，這種差距是很難彌補的，因為只有車輛的架構正確，才能以此為指導做好電池、電機和電控的集成設計。
車輛架構是某款車型上所應用的技術組合方式，這些方式可以基于平臺設計，也可以不基于平臺設計。架構設計不同于平臺設計，平臺指的是零件物理上的相同或相似，架構指的是設計理念和思路上的相同或相似。
架構設計是汽車頂層設計的一部分，在架構設計層面我們需要權衡技術、市場與消費者期望和物料、研發成本，而引入的技術也可以反哺平臺或服務于后續車型。
展開 #電動汽車#圈內人對電動汽車空調系統和對電動汽車設計方向的看法
電動汽車現在是很熱門的，各大汽車制造商都在爭搶這塊蛋糕。可幾年過去了，電動汽車還是沒有實現量產，技術攻關是難題，我想設計思路也是很重要的。
我們先來分析一下汽車的用途：
一.代步。
二.遮風擋雨，躲避嚴寒酷暑。
三.安全。
四.彰顯地位。
五.尋求刺激，體會駕駛樂趣。
對于大部分上班族和農村用戶來說，前三條就能夠滿足他們的要求了，而第四條是多數商務人士和經濟比較寬裕或有一定社會地位的人所追求的，我想他們對油耗不是很敏感的。第五條更是富家子弟玩酷的表現，對他們來說耗油量的多少更是無關緊要的。
對油耗不敏感的人當然不會選擇電動車因為在現有技術條件下，電動汽車根本達不到燃油汽車的動力性能和續航能力。也就是說電動汽車最大的購買群體應該是工薪階層和農村家庭。
電動汽車最大的優點應該是經濟性。
但我從網上看到現在設計的電動汽車要二十幾萬一輛，而且性能和配置都一般。如果花二十幾萬買一輛電動汽車，性能只相當于十萬元價位的燃油汽車，那就不如選擇后者。因為光算車的差價等到車報廢也不見得能省出來，那就沒有經濟性可言了。
所以設計電動汽車必須考慮經濟性。現在市場上賣的有許多山東的私營小廠生產的鉛酸電池電動汽車，這些產品的最大特點就是價位低，雖然續航里程短速度低但能滿足一般農村需求或工薪階層或中老年人的需要，缺點是沒空調，做工差，質量安全方面沒有保證。我想大型汽車制造廠如果吸取他們的長處：低價格，低速度，續航里程不太長（不追求高速度和高續航里程一定會大幅降低成本），但能滿足一般農村家庭和工薪階層使用，然后在做工，質量，安全方面有保證；解決空調和暖氣的技術問題，那一定能有廣闊的市場。
電動汽車還有一個優點就是操作簡單，就算是自動檔的燃油汽車也不見得比得上電動汽車的操作簡便性。
展開 MBSE產品模型架構應用：基于模型的系統工程 (MBSE) 在汽車傳動系統子系統架構中的應用
上下文圖/背景圖：
○ 代表系統與外部環境的交互
○ 交互系統被定義為“黑盒”
P-圖：
○ 擴展和細化上下文以獲得更詳細的黑匣子
○ 包括有關輸入信號、控制因素、噪聲因素、輸出和潛在故障模式的詳細信息
MBSE
○ 建模語言（SysML、UML 等）
○ 建模方法
○ 建模工具（Magicdraw、IBM Rational Rhapsody 等）
基于模型的系統工程概念：系統需求
● 需求以技術術語定義客戶和利益相關者的需求
● 在 SysML 中，系統需求陳述被定義為對象
● 每個對象都包含需求文本和唯一標識符
● 需求類型定義了需求可以關聯的特征
● 泛化通過繼承關系管理和分配需求
● 需求必須通過測試用例進行驗證
● 測試用例是檢查點，例如設計評審或物理測試
SysML中的標準類型需求用于在定義系統時提供嚴格性和清晰性
基于模型的系統工程概念：功能和邏輯架構
● 功能定義必須完成或完成哪些動作/活動才能獲得預期結果
● 操作是塊的屬性
● 塊是系統任何部分的抽象表示，如物理硬件或信號
● 功能通過與各個子系統和組件的邏輯關系相互關聯
● 邏輯架構描述了系統將如何實現
● 邏輯架構抽象地定義了基于系統所需的子系統、組件及其關系的技術解決方案
● 邏輯架構只能在明確定義系統的功能和需求后創建
● 邏輯架構沒有定義任何特定的系統實現，而是定義通用指南，以保持解決方案中立
建模方法：功能分解
● 從 P 圖中識別出傳動系統的五個基本操作
● 系統需要
○ 傳遞扭矩
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