多合一电驱动系统设计和挑战
在TMC会议上，有企业对新一代电驱动系统技术特征和技术方案做了总结。
(资料图片)电驱动技术发展的趋势
电驱动系统技术，是整车能耗的核心关键因素，在全球的电动汽车三电水平中占据了非常重要的位置。从目前的整体发展趋势来看，电驱动的发展主要包括以下的特征：
更轻盈：通过多合一深度集成方案，将电机、电控、减速器、电源控制等多个子部件集成在一起，从而降低成本、减轻重量，并提高整车性能和灵活性。不同的集成方案包括8in1、7in1、6in1、5in1和3in1等，有些方案甚至朝着芯片级集成、域控开发方向发展。
更高效：通过采用800V高压扁线定子技术，高效油路设计，以及温度补偿修正等技术手段，提高系统的能量转换效率，从而减少能量损耗和提高整车续航里程。
更安静：为了降低噪声和振动，新一代电驱动系统采用多系统耦合NVH开发和多目标优化技术，从整车和电驱动系统两个层面优化NVH性能，以提供更加安静舒适的乘坐体验。
更智能：通过采用域控技术、软件集成开发和虚拟化技术，将不同功能模块进行独立封装，并通过Hypervisor系统进行调度，从而实现高效的核资源分配和系统独立性，提高系统的智能化水平。
在新一代电驱动系统的迭代下，围绕轻量化、高效化、降噪化和智能化，这些特征也使得车企和Tier1的分工体系面临巨大的挑战。
集成化带来的挑战
电动驱动系统中多合一的发展趋势是目前规避不了的事实，并不是每个工程人员都认同多合一的发展方向，需要仔细分析每个方案的价值和效果。
多合一系统的结构和优势
简单来说，多合一系统是一种复杂的集成体系，其结构包括至少三个主要子部件。它整合了电驱动系统（包括电机、电控、减速器等）和电源控制系统（包括OBC、DCDC、PDU等），还有VCU、BMS等。
多合一系统的集成带来了多方面的优势：
成本降低：通过共享壳体、线束、连接器等硬件，结合电子电路和软件算法，实现BOM降本。供应链简化：多合一方案有助于简化OEM供应链的管理，缩短开发周期，高效降本。市场趋势和挑战
根据NE研究院的数据分析，多合一方案的渗透率在电驱动系统中迅速提升，当前已超60%。2022年，比亚迪等厂商在高度集成方面处于领先地位，自制系统的比例高达97.7%。这导致更多车企加强系统自研需求，同时Tier1供应商需改变价值链位置，增加研发投入。
在中国，电驱动领域的Tier1的挑战在于，如何在高度定制的多合一系统的产业链中生存下来。解决方案在于一方面要保持关键技术领先，另一方面要控制成本，实现更高性价比。
技术转型和行业观点
在行业内部，存在关于多合一发展的不同观点，经过交流总结如下：
主流趋势：多合一电驱动系统是电动汽车行业的主流趋势之一，能降低成本、减轻重量，提高整车性能。快速渗透：多合一系统的渗透率在电动汽车行业中快速提升，几乎所有的车企都在尝试做开发，主要是在前驱的纯电动车型里面尝试。车企对技术需求增强：车企要求更多掌握零部件的关键技术，这使得国内电驱动产业的分工出现了变化，Tier1供应商价值链上的位置转移。技术挑战：目前多合一方案的发展还面临一些技术挑战，例如EMC、NVH和可靠性等问题需要持续研发和改进。发展方向：目前，多合一的产品形态正在从机械结构集成向电力电子深度集成发展，未来可能朝向芯片级集成、动力域控制器等方向。值得注意的是，尽管多合一方案带来了诸多好处，但并非每个企业都认同其发展方向，很多第一线的研发工程师，从可靠性和售后维修方面提出了非常尖锐的观点。
如何设计高集成度电驱动EMC的设计
EMC（电磁兼容性）是新一代电驱动系统中需要解决的重要问题。多合一深度集成，设计起来难度很大，如何解决深度集成所带来的电气干扰和干扰耦合等问题。电机控制模块、电源模块、PDU集成为多合一控制器后，其EMC如果需要达到单模块同样的等级，需要更多的设计。
挑战主要体现以下几个方向：
多合一对外电气接口增多；内部多模块存在干扰耦合；高低压之间干扰耦合。EMC解决方案基于可识别的风险点，可在设计阶段采取以下措施优化：
端口滤波
高、低压端口布局上分离：将高压和低压端口分开布局，避免相互干扰。
高低压线束空间布局间隔5cm以上：保持高压和低压线束之间的最小距离为5厘米，减少串扰。
禁止高低线束布局交叉：防止高压和低压线束相交，防止干扰。
高压线束设置屏蔽层：对高压线束进行屏蔽，减少辐射和敏感性。
分腔设计
将电控模块和电源模块分开设计，通过仿真测试来排查功率模块之间的相互干扰情况。
隔离屏蔽
端口防护部件布局：对端口设置防护部件，如磁环等端口滤波器，用于减少骚扰频段的影响。
AC输入、DC输出端口设计两级滤波：对AC输入和DC输出端口分别设置两级滤波器，以减少干扰。
其他端口设计磁环等端口滤波：对其他端口也采用磁环等滤波器，以降低干扰。
板内GND与FG直连：板内的地线（GND）与机壳（FG，Frame Ground）直接连接，提高设备的地连接性。
接地设计
端口Y电容滤波接地FG：在端口设置Y电容滤波，并将其接地到机壳，以提高接地效果。
高压线束屏蔽层两端接地：对高压线束的屏蔽层两端接地，以提高屏蔽效果。
板内低压端口设置TVS与电容进行钳位抑制静电及瞬态浪涌波形：在板内低压端口设置TVS（穿孔式变压器）和电容来抑制静电和瞬态浪涌。
防雷击浪涌设计
AC端口设置共模抑制电感、放电管、压敏电阻等进行防雷击浪涌设计。
总结
电驱动设计是一个不断努力的过程，是把先进技术转化为优秀产品的艰辛旅程。随着时间的推移，技术能力的差异将更明显地体现出差距来。
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