随着电动出行的不断发展，现代汽车集团的两级电动系统等创新技术承诺在日常驾驶中同时实现高效，加速时即时提供高功率。直到现在，后者还被认为是难以实现的。

先说点背景。在电动汽车中，功率输出由电压和电流决定。要增加驱动电机的功率，可以提高电池电压或调整电机特性以增加电流。

缺点是电流增加会使电机驱动系统更大更重，热管理也变得更困难。此外，当主要设计为高功率输出时，日常城市驾驶时效率会显著下降。

电动汽车不仅仅是靠电机驱动。电机驱动系统由三个关键部分组成：电机、减速器和逆变器（见图1）。电机产生旋转力（扭矩），减速器将扭矩传递给车轮，逆变器将电池的直流电转换为电机的交流电。

1. 电动车电力系统由三个基本部件组成：逆变器、电机和减速器。

电动汽车的功率输出取决于电池通过逆变器向电机（或电机）传输的电压和电流。传统上，水流增加会导致推进系统更重，热管理面临更大挑战。以这种方式优化为高输出的电机系统，常常在正常驾驶时牺牲效率。

通过提高电压利用率重新思考逆变器

幸运的是，科技可以提供帮助。现代汽车集团的研发通过重新思考逆变器来应对这一挑战，逆变器由基于半导体的开关组成。当开关闭合时，电流流动;但当它们开着时，它就不会。

当交流电流流经电机线圈时，会产生磁场，随着电流交替不断变化。这种磁场的移动推动和拉动电机中心的磁化转子，使其旋转。这反过来推动车辆前进。

为克服以往的限制，现代开发了一套创新系统，通过提高电压利用率来扩大可用电压范围。汽车制造商通过自家设计的动力模块解决了尺寸和重量问题。每个模块内含功率半导体开关，并提供确保散热和电气绝缘的封装，从而实现更精确的协调与控制。

传统逆变器使用六个开关，通常采用碳化硅（SiC）半导体——这是一种高效但成本较高的材料。现代的两级电机系统采用双逆变器结构，配备12个半导体开关，采用“6加6”配置，使传统开关数量翻倍（见图2）。一组六个开关采用硅碳半导体实现高效率，另一组则使用硅（Si）半导体以支持高功率条件。

2. 通常，逆变器使用六个开关，通常采用硅碳半导体，这是一种高效但成本高的材料。现代的两级电机系统采用了配备12个半导体开关的双逆变器结构。

电压范围扩大，因为将连接在单一电机上的逆变开关数量翻倍，使公司能够施加更高的电压水平。硅晶体开关组仅用于保持高效率。在高速或高输出功率条件下，两组开关机组协同工作。

我不逗你玩笑，数据如下：现代表示，6加6配置结合多种控制策略，能将供电电机电压提升高达70%，实现更高的功率输出而不影响效率（见图3）。切换开关能够在多种驾驶条件下灵活作——使用一组六个开关或两组12个开关——实现性能与效率的平衡。

3. 6加6配置结合多重控制策略，可将供电电压提升至70%，实现更高的功率输出而不影响效率。

控制架构

交换机数量翻倍不仅需要硬件升级，还需要对控制系统进行彻底重新设计。传统的六开关逆变器将开关分为上下两组，分为三相，在严格的切换规则下以八种不同组合工作。

当开关数量翻倍时，组合数量增加八倍，需要更精确的控制，开关间的协调也变得必要。如果系统分步骤移动，车子会感觉像是在抖动或卡顿。

需要高级控制来平滑电压矢量。现代汽车集团的系统可同时控制12个开关，扩大了可用电压空间。

一个模块固定六个开关，采用六步配置，另一个模块控制剩余的六到六十四个可能组合。

现代汽车集团开发了专有的控制算法，声称能确保这两种模式之间的无缝切换。该系统采用现代汽车集团的智能双模控制系统，具体配置如下：

城市驾驶：使用一组开关以实现最佳效率。

高性能：激活两组开关以提供最大功率。

系统采用切换开关切换模式，确保加速时强劲动力，长途驾驶时高效。

打造紧凑设计

逆变器的尺寸取决于其内置半导体电源模块。现代汽车集团将九个动力模块整合为三组，冷却系统从单面升级为双面设计，既减少了体积和重量，又保持了耐用性。这种改进使得在更小封装内实现更高的功率密度，实现高输出且不增加整体尺寸。因此，两级电机系统在大规模生产中是实用的。

该系统已为现代电动汽车提供动力，如现代IONIQ 5和IONIQ 6，预计还将应用于IONIQ 9和新款NEXO FCEV——一款氢能燃料电池电动车。

4. 现代二级电机系统已为现代电动汽车提供动力，预计将应用于全新NEXO FCEV——一款氢能燃料电池电动车。

这一创新荣获了2024年韩国科技奖总统奖，这是国家对技术卓越的最高荣誉。