麥肯錫報(bào)告顯示,,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 12000 美元,。隨著汽車制造商致力于滿足全球排放法規(guī),,還必須彌補(bǔ)性價(jià)比差距來幫助消費(fèi)者過渡到混合動(dòng)力汽車或全電動(dòng)汽車。
因此,,對(duì)于汽車設(shè)計(jì)工程師來說,,提高效率、可靠性和延長(zhǎng)行駛里程,,降低電動(dòng)汽車昂貴器件(動(dòng)力總成系統(tǒng))的成本無疑是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn),。針對(duì)行業(yè)現(xiàn)狀和挑戰(zhàn),德州儀器(TI)提出了多種功率級(jí)別“多合一”整合方案和設(shè)計(jì)思路,,助力新能源車企提升技術(shù)優(yōu)勢(shì),。
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,、DC/DC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,,隨著模擬和嵌入式處理技術(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(jí)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),成為當(dāng)下熱門的研究方向,。
德州儀器中國(guó)區(qū)汽車業(yè)務(wù)部現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)應(yīng)用經(jīng)理周東寶介紹道,,根據(jù)不同的集成模塊數(shù)量,可以分為二合一,、三合一,、五合一等幾種不同的集成解決方案,。根據(jù)集成的難易程度,還可以把動(dòng)力總成集成分為基礎(chǔ)的機(jī)械層面集成,,即物理集成,,以及更加復(fù)雜的控制邏輯和功率層級(jí)方面的集成。通過使用TI的解決方案,,客戶可以實(shí)現(xiàn)從分布式的電源架構(gòu)到單個(gè)動(dòng)力域的控制器的方案轉(zhuǎn)變,。整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜程度也會(huì)隨著整合級(jí)別的增加而提高,對(duì)客戶的收益也會(huì)越來越高,,不過,,集成度越高面臨的挑戰(zhàn)也會(huì)越多。
對(duì)于集成化的方案,,周東寶總結(jié)道:(1)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)多合一的集成化的解決方案,,通過共享外殼的耦合以及冷卻系統(tǒng),減少連接器的數(shù)量,;(2)通過更進(jìn)一步的共享控制電路以及共享功率電路等,,有效地降低電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的體積、重量和成本,,同時(shí)提高電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率密度,;(3)更好地實(shí)現(xiàn)輕量化,有助于延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的續(xù)航里程,;(4)通過整體上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行熱性能的優(yōu)化,,保證系統(tǒng)的可靠性。同時(shí),,因?yàn)楣δ馨踩乾F(xiàn)在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)里面非常重要的一個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo),,所以TI集成化的解決方案也有助于簡(jiǎn)化功能安全系統(tǒng)的開發(fā)和認(rèn)證工作。
在功率電子層面的“多合一”的集成設(shè)計(jì)方案,,可以幫助客戶將整個(gè)系統(tǒng)的尺寸和成本降低50%,。TI的三合一動(dòng)力總成集成解決方案用了C2000系列微控制器、集成驅(qū)動(dòng)器的GaN場(chǎng)效應(yīng)晶體管,、隔離驅(qū)動(dòng)器UCC5870,、以及溫度傳感器TMP126等產(chǎn)品。
除了集成系統(tǒng)的固有優(yōu)勢(shì)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(duì)嚴(yán)苛汽車環(huán)境設(shè)計(jì)和測(cè)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(duì)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(jí)別要求,,也是OEM廠商面臨的一個(gè)主要難題,。
對(duì)于TI動(dòng)力總成系統(tǒng)集成解決方案的優(yōu)勢(shì),周東寶總結(jié)道:首先,,集成解決方案功率密度高,,整個(gè)系統(tǒng)效率可以達(dá)到98%;其次,,通過利用TI產(chǎn)品,,幫助客戶進(jìn)行熱性能方面優(yōu)化,以及診斷,、保護(hù)等電路設(shè)計(jì),,提升整個(gè)電路可靠性,;三是通過使用TI的產(chǎn)品,,可以使用更少的器件、更小的解決方案和尺寸來將整個(gè)系統(tǒng)的成本進(jìn)行大規(guī)模地降低,;四是,,TI提供了多種方案來簡(jiǎn)化客戶的功能安全認(rèn)證,比如高達(dá)ASIL D級(jí)的合規(guī)認(rèn)證工作,。
在TI召開的媒體分享會(huì)上,,威邁斯 (VMAX) 副總裁韓永杰表示,“近年來,,新能源汽車行業(yè)發(fā)展非常迅速,,電力電子在新能源汽車的帶動(dòng)之下,目前電動(dòng)汽車的發(fā)展有兩個(gè)非常明顯的趨勢(shì),,一是提升性能,,二是降低成本,減少產(chǎn)品的體積和種量,?!?/p>
在他看來,要想設(shè)計(jì)出對(duì)于全中國(guó)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。TI的技術(shù)和專業(yè)知識(shí)正在幫助我們達(dá)到客戶對(duì)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,。企業(yè)和行業(yè)都正在親身體驗(yàn)動(dòng)力總成集成帶來的優(yōu)勢(shì)。從未來的趨勢(shì)來講,,韓永杰認(rèn)為,,整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)還要更進(jìn)一步的趨向于集成化。
寫在最后
電動(dòng)汽車市場(chǎng)正在快速增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2025年,,電動(dòng)汽車的數(shù)量占全球汽車銷量的30%,。動(dòng)力總成集成將在電動(dòng)汽車市場(chǎng)增長(zhǎng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用,從低級(jí)別的機(jī)械集成到高級(jí)別的電子集成,,集成的發(fā)展仍在繼續(xù),。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,,動(dòng)力總成集成正在支持電動(dòng)汽車市場(chǎng)的加速增長(zhǎng)。
但同時(shí),,隨著集成級(jí)別的提高,,系統(tǒng)的復(fù)雜性也將增加。每種架構(gòu)變體都會(huì)帶來不同的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),,靈活性也將成為動(dòng)力總成集成的關(guān)鍵考量因素,。