别克 电动，别克汽车电动车
chanong
|虽然通用汽车的新能源电动汽车在中国销量较少，在路上很难找到，但我们还是来分析一下通用别克新能源电动汽车的电控系统。关于混合动力汽车，目前主流是以丰田普锐斯为代表的丰田弱混合动力系列，这是全球最畅销的混合动力汽车，如普锐斯、卡罗拉等，以及以比亚迪为代表的插电式混合动力汽车。包括秦、唐、宋以及第一代F3DM。随着近期国家政策的出台，续航里程更长的混合动力汽车开始受到消费者的青睐。我们最熟悉的车型是宝马的i3和不太熟悉的通用汽车的别克沃兰达。而最近，汽车之家李想打造的“理想制造ONE”号称续航可达1000公里。我们来看看通用别克沃兰达的电子控制。虽然通用汽车的新能源电动汽车在中国基本看不到，但通用汽车的电动汽车研发却有着一段血淋淋的历史。通用汽车也是新能源汽车领域的铁杆玩家。通用汽车正在为世界做出贡献，并且是世界第一。上图的纯电动汽车通用EV1也是一款非常酷的汽车，它的外观即使在今天看起来也丝毫不显老。虽然我们了解不多，但是研发EV1的团队为电动汽车的发展做出了巨大的贡献。包括特斯拉在内的巨大贡献都离不开这个团队的影子。通用汽车在2007年底特律车展上推出了Volanda，并于2010年开始量产。该智能电驱系统目前已搭载于沃兰达、博尔特、君越H30、VELITE5等车型。
图1 通用EV1
图2 沃兰达
图3 长曲棍球H30
图4 VELITE5智能电驱系统被称为“别克蓝”智能电驱系统。它已经发展了两代人。有关第1 代系统的更多信息，请参阅GM 发表的论文：The Voltec 4ET50 电力驱动系统，第2 代系统有关第2 代系统的更多信息，请参阅GM 发表的论文：The Voltec 4ET50 电力驱动系统，第2 代发电系统Volt 增程电动汽车功率密度和强大的牵引电源逆变器。 “别克之蓝”智能电驱系统是高度集成的双电机驱动系统，集成了TPIM（TractionPower Inverter Module）电驱控制器、两台电动机和油泵，重量仅为125公斤。还包括阀门控制单元、两组行星齿轮、差速器等部件。智能电驱动系统的双电机和双行星齿轮设计比其他技术具有更大的自由度，两个电机可以同时参与驱动或独立发电。有了控制器，发动机和电机可以100%同时参与行驶，传动范围更广，动力更充沛，巧妙地规避了丰田的专利。
图5 第一代“别克蓝”智能电驱系统
图6 第二代“别克蓝”智能电驱系统从上面的照片中，你可以很容易地找到第一代的电控部分，但第二代你可能找不到电控部分。看照片找出他的真实面孔。
图7 第二代“别克蓝”智能电驱系统分解图
图8 第二代智能电驱系统“别克蓝”真实形象
图9 电驱动控制器单图
图10 第一代和第二代电驱动控制器参数对比
图1 “别克蓝”系列TPIM电驱动控制器是德尔福为通用汽车（GM）开发的高功率密度、高可靠性电机控制器，现已升级至第二代。第二代将TPIM电驱动模块集成到变速箱体中，使其比第一代产品（左）明显更小、更轻。整个驱动单元和控制器重量仅为125kg，并且还省去了电机驱动的高压交流线束。提高可靠性，同时降低成本。
图2 第一、二代系统TPIM电驱动控制器由三个独立的逆变器模块（逆变器A、逆变器B、电子泵逆变器）、变速箱控制器、混合动力系统控制器等组成。三组逆变器负责控制电机，变速箱控制器负责换档和扭矩请求，混合动力控制器负责扭矩分配和能量管理。值得注意的是，随着TPIM电子控制器的集成，将电池的直流电（DirectCurrent）转换为电机的交流电（AlternateCurrent）的任务可以在盒子内部完成，直接绕过高压电线布局。安装在机舱内，大大提高了耐用性和安全性。 TPIM电驱动控制器不仅控制电机驱动，还充当混合动力控制器。负责扭矩分配和能量管理。通用汽车获得专利的多模式智能切换技术使TPIM电子控制模块能够针对不同的车辆和发动机转速选择最佳的工作模式。并且，在各个工作模式的切换过程中，其控制算法实现了同步、无缝切换。它提供舒适的驾驶和出色的燃油效率。
图3 1代与2代详细参数对比TPIM电控装置各部分分析
图4 TPIM电驱动控制器爆炸图和剖面图基于TPIM电驱动控制器的爆炸图和剖面图进行分析，各组成模块的安装方式和功能主要由电源组成。与电路板、直流母线电容器、直流母线电容器、电磁EMI 滤波器、控制和栅极驱动板、传感器和输出母线兼容。组件模块从上到下：1.顶盖、2.直流母线盖、3.控制板、4.高压直流母线连接器、5.柔性连接器、6.顶壳、7.栅杆驱动板、8支撑、 9. 上散热器组件、 10. 电源板、 11. 密封圈、 12. 下散热器组件、 13. 绝缘导热体、 14. 下壳、 15. 电流传感器板、 16. 逆变器输出组件、 17. 母线电容器。所有12 个功率开关（驱动电机A 和电机B 的硅基IGBT 和二极管）均安装在专门设计的双面焊接印刷电路板PCB 上，并连接到两侧的散热器组件（图中显示组件9）、10、 12）。接下来我们从上到下进行分析。
图5 接下来介绍第1 节接口分析两个高压直流端子是盒子上唯一的高压电缆连接端口。分别连接高压直流母线的正极和负极。电驱动模块TPIM控制器同时控制两台驱动动力电机和一台高压电动油泵电机，因此右侧的6个大电流端子连接到两台动力电机的三相交流端子。每个。三相高压线束连接器也连接到油泵电机。红盒内的蓝色多PIN连接器用于连接各种传感器线束，控制动力电机的转速和扭矩，控制油泵的流量和油压。
图1 接口分析2.顶盖与控制板由于整个TPIM电子控制器内置于变速箱内，因此不需要防水防尘，也不考虑整个TPIM电子控制器的IP等级。顶盖也比较容易制作。顶盖螺孔内嵌有弹性垫圈，增加顶盖强度。控制面板的顶盖用卡扣固定，拆下顶盖即可看到控制面板的真实外观。控制面板固定在顶壳上。
图2 顶盖和控制板3. 控制板、柔性连接器和顶壳上的一些芯片通过在背面PCB 上涂上相变材料并在芯片焊盘周围钻过孔来组装，安装过程中会散发热量。相变材料与上壳预留凸台紧密贴合，达到散热效果。拆下控制板后，可以看到上壳。这还包括高压直流母线盖。主要作用是支撑控制板以及对控制板上器件进行散热，红色部分涂有相变材料，用于传导控制板上器件的热量。上壳体的上下表面均设有加强筋，以增加壳体的强度。上壳凸台与控制板之间的距离为0.0mm，因此不会与控制板直接接触。柔性连接器用于控制板、驱动板和电源板之间的信号传输，采用华印电路板的三层软硬板，端子品牌为台湾SUYIN。
图3 控制板、软连接器和上壳4. 高压直流盖板和高压直流母线接口高压母线盖板的功能： 1. 固定高压直流母线接口。 2、高低压分开。高压母线接口：母线采用叠层母排设计，叠层母排具有感抗低、抗干扰能力强、可靠性高的特点。另外，母线负极铜柱绝缘，增加了正负极之间的绝缘距离，高压直流母线接口模块化，方便组装，减小尺寸。接口主要分为5个部分：1：负极，2：正极，3：EMI磁环（抑制共模和高频干扰），4：绝缘垫，5：绝缘塑料壳。高压直流母线电气连接方案：高压电通过右侧嵌入铜条的两个铜柱1、2传输到下配电板的正负极，锁入直流电容器。高压总线的电气连接是通过顶部的螺钉与底部模块的正负极实现的。
图4 高压设备如何安装
5.上散热器组件、支撑架、栅极驱动板
拆下上壳后，就有一块栅极驱动板，栅极驱动板的机械设计部分包括6个支撑上壳的支撑弹簧，以及2个从IGBT正负极铜杆延伸出来的固定弹簧。包括支撑爪。支撑驱动板并用11 个固定螺钉固定驱动板。上壳与驱动板采用弹簧、支撑爪、螺钉组合固定，保证足够的抗振能力。驱动板背面可以看到软连接器和控制板插拔端子；白色端子是驱动信号连接端子，是与电源板的插拔连接，白色端子是旨在防止.我在作弊。拆下门极驱动板后，有一个支撑架，支撑架包括上壳支撑架和门极驱动板支撑架，电源板和门极驱动板之间有多个支撑架，支撑架包括上壳支撑架和门极驱动板支撑架。它一直。塑料支撑架材质为30%增强PBT GF30玻纤，具有尺寸稳定性、高刚度、高强度、耐冲击、抗蠕变、耐热老化等性能。注：图5中的两个黑色区域是栅极驱动板支撑框架的单独视图。拆下支撑架以接近上部散热器组件。 TPIM电子控制器的IGBT水冷系统采用独特的三明治双面水冷方案。散热器组件包括上散热器组件和下散热器组件。下散热器水路平行，上散热器组件单独散发12个IGBT的热量，而下散热器组件则负责油泵IGBT和安全膜电容器。上部散热器组件由黄铜和紫铜制成，是TPIM电控系统IGBT水冷系统的水道部分，左右水道通过弧形铜管连接。照片中的红色部分通过FSW（搅拌摩擦焊）工艺将铜管和水路焊接在一起。水路的入口和出口连接到最底层的底部散热器通道，铜管和水路也采用搅拌摩擦焊工艺焊接在一起。 12颗IGBT牢固地贴在上散热器上，IGBT上涂有导热硅脂，增强散热效果。
图5：从左到右各部件布局电源板电源板有软连接器、电机A 三相桥输出、电机B 三相桥输出和驱动板插拔端子。柔性连接器连接上控制板和电源板。 1.2.3是桥臂的三相输出，通过下部逆变器输出组件的铜排连接到电机A。 4.5.6 为桥臂三相输出该输出通过下部逆变器输出组件的铜排与电机B 连接；白色端子为功率板与驱动板之间的插拔端子，使用时将其插入驱动板的驱动信号端子。这种持针器与普通的持针器不同，针形似回形针，起到过滤和传动匹配的作用。回形针设计还可以减少连接匹配的针座时因公差而产生的应力，并且针座还具有防污功能。
红框里面是电流传感器板，用4颗螺丝固定在下壳上，每个电流传感器板配备3个LEM电流传感器，型号为HC5F600-S，电机的三相检测电流。分别为A和电机B。电流传感器板正面的蓝框与电源板上的排针座连接（排针座为台湾SUYIN制造），电流采样信号通过此发送至控制板上的DSP别针。电源板上的支架。控制器的底层是总线电容模块。制造商名称：AVX，型号名称：FHC06-0012-D，参数：790uF5%，410V，140Arms。连接三个正负极。将配电盘的铜杆穿过铜杆置于立柱上，用螺钉固定，并在铜柱中心垫上高温绝缘纸作为绝缘介质。
图9 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: Power Density and Robust Traction Power Inverter for 2nd Generation Chevrolet Voltextend Range EV)中描述了电流传感器和母线电容器的技术优势，并进行了分析。 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）。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智能电驱动系统的变速器允许在两个电机之间有效地分配牵引负载，并且这种负载分配将电机B的峰值扭矩要求降低到第一代TPIM所需的水平，并且可以从该水平降低等级。 TPIM的峰值电流也相应降低。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1 分解图设计分析1. 功率器件分析IGBT 和管芯二极管均安装在两个电隔离但热耦合的陶瓷铝基板层之间。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2b所示，创新的功率器件封装工艺使得硅基IGBT和二极管能够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2 功率器件和散热器2.散热器设计德尔福采用创新的夹层双面水冷结构，提高了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3 冷却系统示意图及热模拟效果图3、FSW加工技术要完成上述的双面水冷冷却系统，需要将两根下冷却管通过热辐射连接起来。下盖板的铝铸件中的通道。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4 机箱加工工艺4、电源输出接口的散热设计电机三相线输出电流较大，距离水冷散热区域较远，一直是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5 散热原理图及动力输出接口热模拟效果图，通用别克“别克蓝”智能电驱系统控制板采用三片飞思卡尔SPC5674FMVR3ON31E作为主控芯片，旋转变压器解码芯片为ADI公司的AD2S1205。 1-24 的组件为： 1. 变压器(28277230)，TDK；2. DRA125 22uH 35PH16C，EATON；3. DRA125 1.5uH 23CH16C，EATON；4. DRA125 100uH 46CH16C，EATON；5. B82793S513N 6 434，EPCO S；6 .NCV4276B，ON；7.H33 7256，ON；8.FDD6LAO，FAIRCHILD；9.LM2902KAQ，ST；10.AD2S1205，ADI；11.P6BARTETG4，TI；12.MBRB1045G，ON；13.H33 2976，ON；14 IPG20N06S2L-35A，英飞凌；15. 2901，ON；16. 74HC54，NXP；17. 28452585/6AZYV14；18. LM2903，ST；19. 74HC132，NXP；20. LM2904，ST；21. 74HC08D； 22、LM6134BM ；23，NFADH16G，ON；24，SPC5674FMVR3ON31E。
图1 控制板前后组件： 1-13： 1. DALE WSR-2 0.01R 1%，VISHAY；2. 74HC4050D，NXP；3. 74HC11D，NXP；4. 74HC541，NXP；5. 74HC10D，NXP； 6. 74HC08D，恩智浦；7. BG2AD/27315；8. LM2903V，ST；9. 15P04；10. 74HC240，恩智浦；11. 74HC541，恩智浦；
图2 控制板后视图驱动板驱动板正面组件1-8： 1. 变压器（28395752），TDK，顶层屏蔽；2. 74HC4050D，NXP；3. 2903，ST；4. FAN7080B（600V，Io+/-=300/600mA)，FAIRCHILD；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 驱动板正反面原装元件1 至5： 1. ADuM1401WTRWZ，ADI，数字隔离器10M Data Rate；2. FGD3N60LSD，FAIRCHILD，IGBT 600V 3A；3. AUIRS2332J，IR，3-in-1桥臂驱动芯片；4. DALE WSR-2 0.01R 1%，VISHAY，精密电阻；5. BUK9217-75B，NXP，MOSFET 75V 64A。
图4 驱动板背面电源板1. FS50R07W1E3_B11A (650V, 50A)，Infineon；2. ACS758LCB-050B (50A)，Allegro；3. R75 MKP (0.33uF，250V)，Arcotronics；4. SUYIN 排针；5.嵌入IGBT内部的陶瓷铝基板表面。