隨著電動出行的不斷發(fā)展，現代汽車集團的兩級電動系統(tǒng)等創(chuàng)新技術承諾在日常駕駛中同時實現高效，加速時即時提供高功率。直到現在，后者還被認為是難以實現的。

先說點背景。在電動汽車中，功率輸出由電壓和電流決定。要增加驅動電機的功率，可以提高電池電壓或調整電機特性以增加電流。

缺點是電流增加會使電機驅動系統(tǒng)更大更重，熱管理也變得更困難。此外，當主要設計為高功率輸出時，日常城市駕駛時效率會顯著下降。

電動汽車不僅僅是靠電機驅動。電機驅動系統(tǒng)由三個關鍵部分組成：電機、減速器和逆變器（見圖1）。電機產生旋轉力（扭矩），減速器將扭矩傳遞給車輪，逆變器將電池的直流電轉換為電機的交流電。

1. 電動車電力系統(tǒng)由三個基本部件組成：逆變器、電機和減速器。

電動汽車的功率輸出取決于電池通過逆變器向電機（或電機）傳輸的電壓和電流。傳統(tǒng)上，水流增加會導致推進系統(tǒng)更重，熱管理面臨更大挑戰(zhàn)。以這種方式優(yōu)化為高輸出的電機系統(tǒng)，常常在正常駕駛時犧牲效率。

通過提高電壓利用率重新思考逆變器

幸運的是，科技可以提供幫助?，F代汽車集團的研發(fā)通過重新思考逆變器來應對這一挑戰(zhàn)，逆變器由基于半導體的開關組成。當開關閉合時，電流流動;但當它們開著時，它就不會。

當交流電流流經電機線圈時，會產生磁場，隨著電流交替不斷變化。這種磁場的移動推動和拉動電機中心的磁化轉子，使其旋轉。這反過來推動車輛前進。

為克服以往的限制，現代開發(fā)了一套創(chuàng)新系統(tǒng)，通過提高電壓利用率來擴大可用電壓范圍。汽車制造商通過自家設計的動力模塊解決了尺寸和重量問題。每個模塊內含功率半導體開關，并提供確保散熱和電氣絕緣的封裝，從而實現更精確的協(xié)調與控制。

傳統(tǒng)逆變器使用六個開關，通常采用碳化硅（SiC）半導體——這是一種高效但成本較高的材料?，F代的兩級電機系統(tǒng)采用雙逆變器結構，配備12個半導體開關，采用“6加6”配置，使傳統(tǒng)開關數量翻倍（見圖2）。一組六個開關采用硅碳半導體實現高效率，另一組則使用硅（Si）半導體以支持高功率條件。

2. 通常，逆變器使用六個開關，通常采用硅碳半導體，這是一種高效但成本高的材料?，F代的兩級電機系統(tǒng)采用了配備12個半導體開關的雙逆變器結構。

電壓范圍擴大，因為將連接在單一電機上的逆變開關數量翻倍，使公司能夠施加更高的電壓水平。硅晶體開關組僅用于保持高效率。在高速或高輸出功率條件下，兩組開關機組協(xié)同工作。

我不逗你玩笑，數據如下：現代表示，6加6配置結合多種控制策略，能將供電電機電壓提升高達70%，實現更高的功率輸出而不影響效率（見圖3）。切換開關能夠在多種駕駛條件下靈活作——使用一組六個開關或兩組12個開關——實現性能與效率的平衡。

3. 6加6配置結合多重控制策略，可將供電電壓提升至70%，實現更高的功率輸出而不影響效率。

控制架構

交換機數量翻倍不僅需要硬件升級，還需要對控制系統(tǒng)進行徹底重新設計。傳統(tǒng)的六開關逆變器將開關分為上下兩組，分為三相，在嚴格的切換規(guī)則下以八種不同組合工作。

當開關數量翻倍時，組合數量增加八倍，需要更精確的控制，開關間的協(xié)調也變得必要。如果系統(tǒng)分步驟移動，車子會感覺像是在抖動或卡頓。

需要高級控制來平滑電壓矢量?，F代汽車集團的系統(tǒng)可同時控制12個開關，擴大了可用電壓空間。

一個模塊固定六個開關，采用六步配置，另一個模塊控制剩余的六到六十四個可能組合。

現代汽車集團開發(fā)了專有的控制算法，聲稱能確保這兩種模式之間的無縫切換。該系統(tǒng)采用現代汽車集團的智能雙?？刂葡到y(tǒng)，具體配置如下：

• 城市駕駛：使用一組開關以實現最佳效率。

• 高性能：激活兩組開關以提供最大功率。

系統(tǒng)采用切換開關切換模式，確保加速時強勁動力，長途駕駛時高效。

打造緊湊設計

逆變器的尺寸取決于其內置半導體電源模塊?，F代汽車集團將九個動力模塊整合為三組，冷卻系統(tǒng)從單面升級為雙面設計，既減少了體積和重量，又保持了耐用性。這種改進使得在更小封裝內實現更高的功率密度，實現高輸出且不增加整體尺寸。因此，兩級電機系統(tǒng)在大規(guī)模生產中是實用的。

該系統(tǒng)已為現代電動汽車提供動力，如現代IONIQ 5和IONIQ 6，預計還將應用于IONIQ 9和新款NEXO FCEV——一款氫能燃料電池電動車。

4. 現代二級電機系統(tǒng)已為現代電動汽車提供動力，預計將應用于全新NEXO FCEV——一款氫能燃料電池電動車。

這一創(chuàng)新榮獲了2024年韓國科技獎總統(tǒng)獎，這是國家對技術卓越的最高榮譽。