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動(dòng)力總成系統(tǒng)集成化推動(dòng)電動(dòng)汽車加速發(fā)展

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:TI(德州儀器) ? 作者:TI(德州儀器) ? 2022-04-20 09:10 ? 次閱讀

在我們努力改進(jìn)電動(dòng)汽車動(dòng)力總成架構(gòu)后,我們的客戶可以將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本削減一半,同時(shí)有效提高功率密度、效率和可靠性,并讓更多人都能買得起電動(dòng)汽車。

如今,電動(dòng)汽車的平均生產(chǎn)成本比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車高出 12,000 美元。1 隨著汽車制造商致力于滿足全球排放法規(guī),他們還必須彌補(bǔ)性價(jià)比差距,幫助消費(fèi)者過渡到混合動(dòng)力汽車或全電動(dòng)汽車。

對于汽車設(shè)計(jì)工程師來說,這無疑是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn),他們正在努力提高效率、可靠性和延長行駛里程,同時(shí)降低電動(dòng)汽車昂貴器件(動(dòng)力總成系統(tǒng))的成本。電動(dòng)汽車動(dòng)力總成集成可能是一個(gè)解決方案。

一直以來,混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車動(dòng)力總成都是推動(dòng)汽車行業(yè)進(jìn)步的系統(tǒng)的結(jié)合體,將電池、直流/直流轉(zhuǎn)換器、車載充電器和牽引逆變器封裝在不同的外殼中。目前,隨著模擬嵌入式處理技術(shù)的進(jìn)步,設(shè)計(jì)人員可以使用單個(gè)域控制器和功率級來組合這些系統(tǒng),從而幫助他們提高效率和可靠性,同時(shí)降低成本并符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)。

“這就要求我們滿足基本的技術(shù)和安全要求,同時(shí)使之更經(jīng)濟(jì)實(shí)用,實(shí)現(xiàn)大規(guī)模采用,從而在系統(tǒng)中獲得更大收益,” 德州儀器TI)全球汽車動(dòng)力總成系統(tǒng)工程團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人的 Karl-Heinz Steinmetz 說。

總部位于中國深圳的電動(dòng)汽車組件供應(yīng)商深圳威邁斯新能源股份有限公司 (VMAX) 正在親身體驗(yàn)動(dòng)力總成集成的優(yōu)勢。

“要想設(shè)計(jì)出對于全中國消費(fèi)者而言更加高效、可靠且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的電動(dòng)汽車,動(dòng)力總成集成是關(guān)鍵,”威邁斯 (VMAX) 副總裁 韓永杰 說。“德州儀器 (TI) 的技術(shù)和專業(yè)知識(shí)正在幫助我們達(dá)到客戶對車載充電器、直流/直流轉(zhuǎn)換器和牽引逆變器系統(tǒng)所需的集成水平。”

以更高的效率和更高的功率密度實(shí)現(xiàn)更長的行駛時(shí)間

將動(dòng)力總成系統(tǒng)集成到一個(gè)緊湊的機(jī)械外殼中不僅會(huì)使設(shè)計(jì)和組裝更簡單,還減少了對多余包裝材料的需求,并消除了冗余硬件,從而大大減輕了系統(tǒng)重量并減小了體積。

“每千克重量都是效率公式的重要組成部分,”Karl-Heinz說。“如果可以減輕汽車的重量,就可以提高整體效率,增加一次充電可以行駛的里程。”

可通過提高功率密度來提升效率的創(chuàng)新功能也很關(guān)鍵。通過將相關(guān)技術(shù)(例如符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的氮化鎵(GaN)技術(shù))運(yùn)用到電動(dòng)汽車中,可以在更高的效率下工作并保留熱能,從而幫助延長行駛里程。這意味著需要的冷卻器件更少且成本更低。

“由 GaN 等材料制成的寬帶隙開關(guān)與經(jīng)過優(yōu)化的高速柵極驅(qū)動(dòng)器一起使用,將改變游戲規(guī)則,因?yàn)樗鼈兛梢詫⒋判栽p小 60%,從而降低了總體重量和成本,”TI的 GaN 營銷團(tuán)隊(duì)成員 Ramanan Natarajan 說。

要將集成式動(dòng)力總成架構(gòu)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí),還需要實(shí)時(shí)微控制器MCUs),它們可以處理電源轉(zhuǎn)換的復(fù)雜需求。TI具有超低延遲的 C2000?MCU有助于實(shí)現(xiàn)更高的開關(guān)頻率(最多提高 1 到 2 MHz),這意味著電感器電容器等外部元件更小。

“通過實(shí)時(shí)感應(yīng)和更高的控制環(huán)路開關(guān)頻率,我們可以將牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)到20K RPM,”TI的 C2000? MCU汽車經(jīng)理 Na Kong 說。“這使汽車工程師能夠制造出比之前只能達(dá)到 10K RPM 的設(shè)計(jì)小三分之一以上且性能更高的電機(jī)。”

借助包含單個(gè)實(shí)時(shí) MCU 的集成式動(dòng)力總成架構(gòu),該系統(tǒng)可以有效地處理分布式系統(tǒng)中多個(gè)MCU 的工作。在高度集成的設(shè)計(jì)中,實(shí)時(shí) MCU 可以執(zhí)行數(shù)字電源電機(jī)控制,從而提高效率,同時(shí)節(jié)省寶貴的空間。

“當(dāng)汽車制造商轉(zhuǎn)向集成架構(gòu)時(shí),需要決定是否整合系統(tǒng)中的資源和芯片,”Karl-Heinz說。

提高可靠性并符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)

在電動(dòng)汽車(例如傳統(tǒng)汽車)中,系統(tǒng)可靠性至關(guān)重要。集成式動(dòng)力總成架構(gòu)更可靠,僅僅是因?yàn)槌霈F(xiàn)故障的零件更少。除了集成系統(tǒng)的固有優(yōu)勢之外,要確保在電動(dòng)汽車高壓電池環(huán)境中的可靠性,還需要強(qiáng)大的保護(hù)功能和峰值熱性能。

借助針對嚴(yán)苛汽車環(huán)境設(shè)計(jì)和測試的隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器,隔離技術(shù)可幫助應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。集成式診斷功能也是安全方程式的重要組成部分,可幫助動(dòng)力總成系統(tǒng)符合 ASIL D 要求,這是道路機(jī)動(dòng)車輛功能安全的最高級別要求,也是電動(dòng)汽車制造商面臨的一個(gè)主要難題。

“我們知道功能安全對于整體設(shè)計(jì)至關(guān)重要,因此我們非常重視這些考慮事項(xiàng)。我們的參考設(shè)計(jì)著重關(guān)注安全性,該設(shè)計(jì)已經(jīng)過 TüV SüD 單獨(dú)評估,可幫助我們的客戶通過出色的成本控制自定義其系統(tǒng)的設(shè)計(jì),”Karl-Heinz 說。

通過動(dòng)力總成集成支持電動(dòng)汽車市場的加速增長

電動(dòng)汽車市場正在快速增長。到 2025 年,電動(dòng)汽車的數(shù)量預(yù)計(jì)將從現(xiàn)在的 560 萬輛增長到占全球汽車銷量的 30%。2動(dòng)力總成集成將在電動(dòng)汽車市場增長中發(fā)揮關(guān)鍵作用。已證明集成式動(dòng)力總成系統(tǒng)的功率密度提高了 40% 至 50%,體積和重量大大減少,可靠性提高。

“這將對電動(dòng)汽車的性能和每次充電的行駛里程產(chǎn)生重大影響,最終使這些汽車更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,”Karl-Heinz 說。

我們熱衷于讓世界更美好

幫助客戶設(shè)計(jì)集成式動(dòng)力總成系統(tǒng)是 TI 革新者致力于通過半導(dǎo)體技術(shù)降低電子產(chǎn)品成本、讓世界更美好的明證。每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎(chǔ)之上,使技術(shù)變得更小巧、更高效、更可靠、更實(shí)惠,開拓新市場可實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。在 TI,這就是工程的進(jìn)步。這正是我們數(shù)十年來以至現(xiàn)在一直在做的事。

審核編輯:郭婷

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