别克电动化，别克纯电动微蓝7
chanong
|该分析是结合通用汽车和德尔福联合发表的SAE 论文《第二代雪佛兰沃兰达增程式电动车的高功率密度高可靠性电驱动控制器》（2015-01-1201：第二代雪佛兰Voltextend Range EV 的功率密度和鲁棒牵引功率逆变器）进行的。
图3 新一代TPIM控制器
TPIM电子控制器的主要优点是高功率密度和高可靠性。
外形尺寸为370mm*180mm*125mm（包括扩展连接器长度）。
连续输出：180KVA（不含电机A、电机B及油泵功率）。
图4 集成智能电驱动系统（左）与传统变速箱（右）尺寸相似
与第一代和第二代TPIM电子控制器相比，第二代TPIM电子控制器经过优化，可降低峰值同步交流输出功率。具体来说，电机A的峰值电流增加了48%，而电机B的峰值电流降低了24%，降低了总功率，但优化了驱动方式以获得更好的性能，我做到了。整体纯电动续航里程提升30%，CS标准（可持续充电）燃油经济性提升10%以上。根据详细的产品参数表比较第一代和第二代TPIM电子控制器的性能。体积从13.1L减少到10.4L，重量从14.6kg减少到8.3kg，峰值功率从221kW优化到180kW。相应的功率密度提高了43%，功率体积比提高了2%。效率方面，基于FTP城市测试工况，效率提升6%，纯电动续航里程提升30%，CS标准燃油效率提升11%。
系统分析
TPIM智能电驱动系统的传动使得牵引负载能够在两个电机之间高效分担。这种负载分配降低了电机B 的峰值扭矩要求，使其低于第一代TPIM 所需的水平。由于这种减少，TPIM 的峰值电流也相应减少。降低每个逆变器的峰值电流，优化结构和工艺，提高功率密度，减小控制器尺寸。
TPIM变速器的内部定位简化了电驱动系统的机械集成，并显着降低了批量生产的难度。
电机A和电机B的三相线输出设计使用铜排代替第一代铜线连接，节省了成本和空间并简化了装配。
第二代TPIM智能电驱动系统的动力驱动主要满足效率、性能和耐用性的要求。开关和传导损耗参数、硅尺寸和厚度、热阻抗、感性负载和PWM 开关技术之间的硅技术权衡经过精心设计，以实现优化的电源模块设计。
左侧橙色高压连接器对应的两个高压直流端子是盒子上唯一的高压电缆连接端口，如分解图（a）和（b）所示。分别连接高压直流母线的正极和负极。电驱控制器和盖板采用标准螺栓固定，组装方便。
从照片（c）中我们可以看到，原电驱动模块TPIM控制器的液冷管路被巧妙地放置在整个模块的正下方。就像厨房或浴室一样，干湿区域是分开的。整个电驱动模块TPIM控制器所在的空间是干燥区域。液体冷却管道通过密封垫圈将控制器连接到车辆的冷却系统。
电驱动模块TPIM控制器同时控制两个驱动力电机和高压电子油泵电机，因此右侧6个大电流端子各连接3个端子，如图(d)所示。两台动力电机的三相交流端子。交流端子通过密封接口进入浸入变速箱油中的变速箱体的接液区域，并连接到动力电机。
图5 分解图
图6 “别克之蓝”智能电驱系统家族概况
设计分析
功率器件分析
IGBT 和管芯二极管（Die IGBT 和Die Diodes）安装在两个电气隔离但热耦合的陶瓷铝基板之间。下层为基础基板铝基板（Base Substrate DBC AIN），上层为盖基板铝基板（Cap Substrate DBC AIN）。采用顶部可焊互连技术完全取代了传统的键合（wirebond）技术，并克服了原有的功率限制。电源开关的集电极、发射极和栅极从两侧引出并连接到PCB上。上下陶瓷基板与前后两侧集成水冷管的上下散热器组件连接，形成三明治双面水冷结构。
如图7b所示，创新的功率器件封装工艺允许将硅基IGBT和二极管以紧凑的面积和超薄的高度集成到陶瓷铝基板中，并焊接到双面PCB上。
图7 功率器件和散热器
散热器设计
德尔福采用创新的夹层双面水冷结构，提高功率器件集成度和功率水平。我们特别注重散热器的设计，以便将冷却水准确地输送到功率器件的前部和后部。创新运用MIM（金属注射成型）技术。这使得金属散热器中空并允许冷却剂流过其中。下图显示了冷却系统的示意图和热模拟的渲染图。 (a)采用MIM技术的散热器细节图和(b)散热器的热模拟渲染图。 (c)为冷却系统整体示意图，(d)为冷却系统整体热模拟效果图。
图8 冷却系统示意图及热模拟效果图
FSW加工技术
为了完成上述的双面水冷系统，两个下冷却管必须通过下盖板铝铸件内部的散热通道连接。散热通道采用最新的FSW（搅拌摩擦焊）工艺加工成铝铸件。照片为下壳内部冷却通道的FSW加工技术。与3D打印类似，下壳底部的通道间隙通过如下所示的四个步骤被制作成半封闭的通道。还考虑了底部直流电容器和交流输出总线接口的冷却。
图9 底盘加工工艺
电源输出接口散热设计
电机的三相线路输出电流较大，且距离水冷散热区域较远，成为散热设计的难点之一。德尔福创新性地采用了下壳排水通道形成的传热界面，为下方的直流电容和电源输出接口提供冷却。此图为电源输出接口的散热原理图及热模拟渲染图。图中左半部分红色部分为传热接口，下半部分为FSW工艺加工而成的带有一体式内部水道的下壳，�**氩糠治绷鞯缛莺偷缭词涑鼋涌凇Ｈ缤加野氩糠炙荆κ涑鼋涌谥胁苛哟冉涌诘牟糠治露茸畹停佑也嗟缁牟糠治露茸罡摺�
图10 电源输出接口散热图及热仿真效果图
主要成分
· 控制面板
通用别克“别克蓝”智能电驱系统采用三颗飞思卡尔SPC5674FMVR3ON31E作为主控芯片。旋转变压器解码芯片采用ADI公司的AD2S1205。前面的1 到24 组件是：
1. 跨（28277230），TDK；
2. DRA125 22uH 35PH16C，伊顿；
3. DRA125 1.5uH 23CH16C，伊顿；
4. DRA125 100uH 46CH16C，伊顿；
5. B82793S513N 6434，爱普科斯；
6. NCV4276B，打开。
7. H33 7256，安大略省；
8.FDD6LAO，飞兆半导体。
9. LM2902KAQ，ST；
10、AD2S1205，ADI；
11. P6BARTETG4，德州仪器；
12.MBRB1045G，打开。
13. H33 2976，安大略省。
14.IPG20N06S2L-35A，英飞凌；
15, 2901, 安大略省。
16. 74HC54，恩智浦；
17.28452585/6AZYV14；
18. LM2903，ST；
19. 74HC132，恩智浦；
20.LM2904，意法半导体；
21. 74HC08D；
22.LM6134BM；
23. NFADH16G，开启。
24.SPC5674FMVR3ON31E。
图11 控制面板正面
后部组件：1-13：
1.DALE WSR-2 0.01R 1%，威世；
2. 74HC4050D，恩智浦；
3. 74HC11D，恩智浦；
4. 74HC541，恩智浦；
5. 74HC10D，恩智浦；
6. 74HC08D，恩智浦；
7.BG2AD/27315；
8.LM2903V，ST；
9.15P04；
10. 74HC240，恩智浦；
11. 74HC541，恩智浦；
12. 74HCT125，恩智浦；
13、针座26466，速印。
图12 控制面板背面
驱动板
驱动板正面元件1-8：
1、变压器（28395752），TDK，顶层带屏蔽；
2. 74HC4050D，恩智浦；
3、2903、ST；
4. FAN7080B（600V，Io+/-=300/600mA），飞兆半导体；
5、BSP318S（60V，2.6A），西门子；
6. NSS60600（60V，6A），开启；
7. NSS60601（60V，6A），开启；
8. 1ED020I12FTA（1200V，2A），英飞凌。
图3 驱动板正面
驱动板背面原装零件1至5：
1. ADuM1401WTRWZ，ADI，数字隔离器10M 数据速率；
2. FGD3N60LSD，飞兆半导体，IGBT 600V 3A；
3、AUIRS2332J、IR、三合一桥臂驱动芯片；
4、DALE WSR-2 0.01R 1%，VISHAY，精密电阻；
5.BUK9217-75B，恩智浦，MOSFET 75V 64A。
图4 驱动板背面
电源板
1. FS50R07W1E3_B11A（650V，50A），英飞凌；
2. ACS758LCB-050B（50A），快板；
3. R75 MKP（0.33uF，250V），alcotronics；
4、速印针座；
5. 嵌入IGBT内部的陶瓷铝基板表面。
关于作者：
王小伟wxw，GSAuto联盟三电技术专家委员会