结合通用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Volt增程式EV的功率密集和稳健的牵引功率逆变器)进行分析。
图3新一代TPIM控制器
TPIM电子控制器的主要优点：高功率密度和高可靠性。
外形尺寸：370mm*180mm*125mm(包括加长接头的长度)。
连续输出功率：180KVA(电机A和电机B，不含油泵功率)。
图4。4度集成智能电驱动系统(左)与传统变速箱(右)体积相近。
与第二代TPIM电子控制器相比，第二代TPIM电子控制器优化并降低了其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%，但电机B的峰值电流减少了24%，总功率下降。但是，由于驱动模式的优化，它获得了更好的性能。其总电动续航里程提升了30%，CS标准(充电持续)燃油经济性提升了10%以上。根据详细的产品参数表，对第一代和第二代TPIM电子控制器进行了性能比较。体积由13.1L降至10.4L，重量由14.6kg降至8.3kg，峰值功率由221kW优化至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%，纯电续航里程提升30%，CS标准燃油经济性提升11%。
TPIM智能电力驱动系统的传输允许牵引负载在两个电机之间有效地分担。这种负载分担将电机B的峰值扭矩需求从第一代TPIM所需的水平降低，并且这种降低可以相应地降低TPIM的峰值电流。降低每个逆变器的峰值电流，优化结构工艺，提高功率密度，减小控制器的体积。
TPIM变速器的内部位置简化了电驱动系统的机械集成，大大降低了量产的难度。
电机A和电机B三相线的输出设计连接铜排代替第一代铜线，节省成本和空间，装配更简单。
第二代TPIM智能电驱动系统的动力驱动设计主要是为了满足效率、性能和耐久性的要求。硅技术的开关损耗和传导损耗之间的权衡、硅的尺寸和厚度、热阻抗、电感负载和PWM开关技术被仔细设计以实现最佳的功率模块设计。
如分解图(A)和(B)所示，左侧橙色高压接头对应的两个高压DC端子成为箱体上仅有的高压电缆连接端口。分别连接高压DC母线的正极和负极。标准螺栓用于将电驱动控制器固定到盖子上，以便于组装。
从图(c)中可以发现，原电驱动模块的TPIM控制器的液冷管路巧妙地布置在整个模块的正下方。和家里的厨卫空间一样干湿。整个电驱动模块的TPIM控制器所在的空间是干燥的区域。液冷管路通过密封垫将控制器与整车的冷却系统连接起来。
由于电驱动模块的TPIM控制器同时控制两个驱动功率电机和高压电子油泵电机，如图(D)所示，右边的六个大电流端子分别接在两个功率电机的三相交流端子上。交流端子通过密封接口进入变速箱体内变速箱油浸泡的潮湿区域，与动力电机连接。
图5爆炸图
图6 别克蓝智能电力驱动系统全家福
设计功率器件分析
IGBT和二极管分别安装在两层电绝缘但热耦合的陶瓷铝基板之间。下层为底基板铝基板(DBC ain)，上层为盖基板铝基板(DBC ain)。传统的引线键合技术被顶部焊接互连技术完全取代，突破了原有的功率限制。功率开关的集电极、发射极和栅极
如图7和图B所示，创新的功率器件安装工艺使硅基IGBT和二极管集成在面积紧凑、高度超薄的陶瓷铝基板上，并焊接在双面PCB上。
图7电源设备和散热器
散热器设计
德尔福采用创新的夹层双面水冷结构，提高了功率器件的集成度和功率水平。为了准确地将冷却液送到动力装置的前后两侧，散热器经过了精心设计。MIM(金属注射成型)技术的创新应用。从而金属散热片可以被制成中空的并且冷却液可以流动。下面是冷却系统示意图和热模拟效果图。(a)使用MIM技术的散热器的细节，以及(b)散热器的热模拟结果。(c)冷却系统的整体示意图，以及(d)冷却系统的整体热模拟效果图。
图8冷却系统示意图和热模拟效果图
FSW加工技术
为了完成上面提到的双面水冷系统，下层的两根冷却管需要通过下盖铝铸件内部的散热通道连接起来。冷却水通道采用最新的FSW(摩擦搅拌焊)工艺制作在铝铸件上。如图，是下壳体冷却水通道的FSW加工工艺。类似于3D打印，经过以下四个步骤，将下壳下部的通道缝隙加工成半封闭通道。并且它还考虑了下部DC电容器和AC输出总线接口的冷却。
图9肠衣加工工艺
电源输出接口的冷却设计
由于电机三相线输出电流大，且远离水冷散热区，一直是散热设计的难点之一。德尔福创新性地利用下壳体内部冷却通道形成的传热接口，兼顾下DC电容的冷却和功率输出接口。图为电源输出接口的冷却原理图和热模拟效果图。图左半部分红色部分为传热接口，下部为FSW工艺加工的一体化内部水路下壳体，上部为DC电容和功率输出接口。如图右半部分所示，动力输出接口中间部分与传热接口的连接温度最低，右边部分与电机的连接温度最高。
图10电源输出接口冷却示意图和热模拟效果图
关键组件
控制面板
通用别克别克蓝智能电气传动系统采用三片飞思卡尔SPC5674FMVR3ON31E作为主控芯片，AD2S1205作为旋转变压器解码芯片。从1到24的前部件是：
1、变压器(28277230)，TDK；
2、DRA125 22uH 35PH16C，伊顿；
3、DRA125 1.5uH 23CH16C，伊顿；
4、DRA125 100uH 46CH16C，伊顿；
5、B82793S513N 6434，EPCOS；
6、NCV4276B，ON；
7、H33 7256，ON；
8、FDD6LAO，飞兆；
9、LM2902KAQ，ST；
10、AD2S1205，阿迪；
11、P6BARTETG4，TI；
12、MBRB1045G，ON；
13、H33 2976，ON；
14、IPG20N06S2L-35A，英飞凌；
15、2901，上；
16、74HC54，恩智浦；
17、28452585/6 azyv 14；
18、LM2903，ST；
19、74HC132，恩智浦；
20、LM2904，ST；
21、74 HC 08d；
22、 lm 6134 BM；
23、NFADH16G，ON；
24、SPC5674FMVR3ON31E .
图11控制面板正面
组件：1-13:
1、戴尔WSR-2 0.01R 1%，维萨伊；
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、15 p04；
10、74HC240，恩智浦；
11、74HC541，恩智浦；
12、74HCT125，恩智浦；
13、针座26466，尹素。
图12控制面板背面
驱动板
驱动板前面的组件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；
5、BSP318S(60V，2.6A)，西门子；
6、NSS60600(60V，6A)，ON；
7、NSS60601(60V，6A)，ON；
8、1ED020I12FTA(1200V，2A)，英飞凌.
图3驱动器板的正面
原始驱动板后退1-5:
1、ADuM1401WTRWZ，ADI公司，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、戴尔WSR-2 0.01R1%，Vishay，高精度电阻；
5、BUK9217-75B，恩智浦，MOSFET 75V 64A .
图4驱动器板背面
配电板
1、FS50R07W1E3_B11A (650V，50A)，英飞凌；
2、ACS758LCB-050B (50A)，快板；
3、R75 MKP (0.33uF，250V)，Arcotronics
4、苏银持针器；
5、 IGBT内部集成的陶瓷铝基板的表面。
