過去三年間，盡管疫情對整個汽車市場造成不小的沖擊,，中國新能源汽車市場依然增長顯著,。2022年新能源車銷售500萬輛以上,，占比已經(jīng)達到20%,，預(yù)計到2030年將達到60%,。2022年1-11月,，我國出口新能源汽車100萬臺,，同比增長87%，預(yù)計增長還會持續(xù),，尤其是在2035年歐洲將淘汰內(nèi)燃機汽車的前提下,。
與此同時，部分消費者對新能源汽車的安全問題和續(xù)航里程仍存在質(zhì)疑,，盡管目前新能源汽車標(biāo)稱的續(xù)航里程已經(jīng)高達900km,，但隨之而來的是成本的上升，而且實際使用里程是否會大打折扣呢,？
近日,，恩智浦半導(dǎo)體舉行電氣化解決方案線上媒體溝通會，介紹了針對牽引的電機控制的S32K39系列MCU以及由AI驅(qū)動的電動汽車云連接電池管理系統(tǒng)兩款新產(chǎn)品,。S32K39集性能,、集成、網(wǎng)絡(luò),、信息安全和功能安全于一體,，滿足電動汽車牽引逆變器控制新需求；由AI驅(qū)動的電池管理系統(tǒng)數(shù)字孿生云端模型則可提高電動汽車的電池續(xù)航里程,、能效,、安全性和使用壽命，提升電池性能,。
S32K39支持新一代電氣化應(yīng)用
此前,，恩智浦推出了針對通用性的電機控制S32K3系列MCU，S32K39系列則是針對牽引的電機控制,，瞄準(zhǔn)現(xiàn)代化的電氣化應(yīng)用,，具備兩個電機控制協(xié)處理器是S32K39系列區(qū)別于S32K37系列的一大特點。
電動汽車牽引逆變器/電機控制概述（圖源：恩智浦公司）
“S32K39相當(dāng)于電動汽車的大腦,，控制牽引逆變器,，逆變器的作用是將電池中400V-800V的電壓轉(zhuǎn)化為機械能，推動電機轉(zhuǎn)動,，在這個過程中接收來自于車輛控制單元（VCU）的指令,，包括基于踏板的扭矩命令、ADAS高級駕駛輔助系統(tǒng),，以及電子穩(wěn)定性控制等,。同時,，MCU在接收信號之后進行相應(yīng)處理，通過高精度的脈寬調(diào)制再到柵極驅(qū)動器,，對低電壓和高電壓進行隔離,，再通過電磁能推動電機?！倍髦瞧职雽?dǎo)體車輛控制和網(wǎng)絡(luò)解決方案全球營銷總監(jiān)Brian Carlson如是說道,。
在汽車電氣化的趨勢下，如何將功能安全和網(wǎng)絡(luò)安全進行有機地結(jié)合呢,？Brain Carlson表示：“多年來,，恩智浦一直在自身設(shè)備中結(jié)合功能安全性和安全性，最新的S32汽車平臺將它們提升到了一個新的水平,，在整個產(chǎn)品組合中使用ASIL D,，并通過嵌入式硬件安全引擎（HSE）支持高級安全性，該引擎提供了汽車處理器中常見的功能,。對于必須在同一硅片（SDV）上執(zhí)行多種功能并依賴更多OTA更新的新車輛來說,，它們變得更加重要，這就需要S32處理器提供的更多隔離和高級安全功能,?！?/p>
Brian Carlson總結(jié)了當(dāng)前市場的6大趨勢：一是對性能和效率的要求越來越高，包括提升續(xù)航里程的需求,；二是更高等級的功能安全,；三是要求電動車有更高的可靠性和可獲得性，如共享出行,，包括自動駕駛出租車等新的應(yīng)用場景所帶來的需求,；四是希望可以幫助車廠提供電機的可擴展性。通常一臺入門級的汽車可能只需要一個電機,，中檔汽車可能需要兩個,，高性能汽車需要三個，而卡車或越野車可能就需要四個,，需要牽引逆變器提供支持,；五是新的區(qū)域車輛架構(gòu)設(shè)計；六是對電動車總成本的控制,。
Brian Carlson表示，S32K39的誕生正是為了滿足電動汽車市場的新趨勢,，更好地為當(dāng)今和未來電動車的需求提供支持,。
S32K39搭載4個工作頻率為320 MHz的Arm? Cortex?-M7內(nèi)核，配置為一個鎖步核和兩個分立核,，且通過雙200 kHz控制環(huán)路提高能效,，也支持新推出的碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）技術(shù),。同時可控制六相電機，提高功率密度和容錯性,，保持長期高可靠性,，可以選擇兩個三相電機或單一使用一個六相的電機。還具有NanoEdge?高分辨率脈寬調(diào)制（PWM）,，搭載安全ASIL D軟解碼消除了對外部組件的需要,，獲得了很高的安全性。并且能夠支持汽車廠商電機擴展的需求,，如從低端擴展到高端,，也可以支持從一臺電機到四臺電機的擴展。
S32K39的價值主要在于：提升電動車的駕駛體驗,，幫助車廠提升行駛里程,，獲得更高性能和更佳操控；為電動車的創(chuàng)新賦能,，如支持SiC/GaN的高頻開關(guān),、區(qū)域架構(gòu)設(shè)計等；支持電動車降低成本,，通過模擬集成消除外部組件,，優(yōu)化ASIL D安全系統(tǒng)解決方案等。
S32K39 MCU框圖（圖源：恩智浦公司）
上圖展示了S32K39 MCU的組成,，包括CPU平臺,，具備分立和鎖步核，DSP可以支持機器學(xué)習(xí)和ADC數(shù)字濾波,，兩個電機控制協(xié)處理器,，還配有硬件安全引擎，6個CAN FD接口,、TSN以太網(wǎng)和多個高級可編程I/O,，以及6MB閃存。
在應(yīng)用層面,，S32K39能夠應(yīng)用于電動車的E/E架構(gòu)中,，可以是單或雙的電機架構(gòu)，同時可以與S32Z和S32E協(xié)同工作,。S32Z/E相當(dāng)于電動車的大腦,，S32K39實現(xiàn)結(jié)點側(cè)的智能驅(qū)動，兩者之間通過CAN或者以太網(wǎng)通信,。同時,，S32Z/E和S32K39還可以被布置在一個ECU中，通過Zipwire總線進行通信,，最終實現(xiàn)高集成度的靈活性,，為車廠提供更多選擇,。
S32K39還提供了非常強大的軟件能力，包括一整套對部件,、操作系統(tǒng)中間件,、電機控制、電機演示功能等的軟件支持,，還有一系列的工具便于在MATLAB上進行演示,。此外，也有電機控制應(yīng)用調(diào)整功能（MCAT）,、S32設(shè)計工作室（S32DS）,、S32配置工具（S32CT）等一整套的軟件的賦能。
據(jù)悉,，該系列計劃于2023年第4季度正式投入量產(chǎn),。
提高電池能效，助力碳排放的降低
在電池能量密度的突破很難的情況下,，更好的電池管理系統(tǒng)（BMS）成為進一步提升電池性能的關(guān)鍵,。
恩智浦半導(dǎo)體電池管理系統(tǒng)總監(jiān)兼部門經(jīng)理Andreas Schlapka博士表示，恩智浦之所以非常重視電池管理系統(tǒng),，主要是出于環(huán)保的角度,。恩智浦的電池管理系統(tǒng)包括模擬前端（AFE）、電池接線盒,、通信網(wǎng)關(guān)等,，可以結(jié)合高電壓隔離柵極驅(qū)動器和電源管理等一起提供服務(wù)。
恩智浦電池管理系統(tǒng)圖（圖源：恩智浦公司）
在電池管理系統(tǒng)中,，包括電池單元的監(jiān)控電路（包含模擬前端,、安全驗證、近場射頻識別標(biāo)簽）,、電池的接線盒MC3377x,、電池的監(jiān)控單元（包括電池網(wǎng)關(guān)、可選的軟件等）,，可以了解電池發(fā)熱,、壓力、電壓和電流等情況,，隨時監(jiān)測電池的SOA和SOC狀態(tài),。這些數(shù)據(jù)會傳送給主控制器，也可以通過一些連接單元提交到云端,，通過基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu),，在車內(nèi)實現(xiàn)電池的管理。
恩智浦的高壓電池管理系統(tǒng)(HVBMS)可以結(jié)合S32G GoldBox一起使用,，S32G GoldBox提供到云端的連接以及人工智能的驅(qū)動,，形成云端的數(shù)字孿生。恩智浦與Electra Vehicles進行了合作,，利用EVE-Ai? 360度自適應(yīng)控制技術(shù)激發(fā)云端數(shù)字孿生模型的潛在優(yōu)勢,，實現(xiàn)更優(yōu)物理BMS實時預(yù)測和管理，提升電池性能,，將電池的健康狀態(tài)提升12%,，并支持多種全新應(yīng)用，尤其是可以應(yīng)用于整個電動汽車車隊的管理,。
通過對電池的使用壽命的延長,，可以實現(xiàn)電動汽車二氧化碳的減排，降低碳足跡,，提升電動汽車的能效,。隨著電動汽車市場不斷發(fā)展，重復(fù)利用電池的供應(yīng)規(guī)模也必將擴大,。這些電池作為汽車電池已經(jīng)達到壽命終點,，但其剩余容量驚人，高達80%,。如果能源存儲系統(tǒng)（ESS）中的剩余電池壽命（RUL）能用于家庭,，房主的能源開支將有望降低。
對于這種將HVBMS連接到云端并引入AI驅(qū)動電池模型的方案,，Andreas Schlapka認(rèn)為未來會成為業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)實踐：“如今車輛的連接性有了非常大的提升,，很多車輛的軟件更新基本上都是通過云端或者無線網(wǎng)絡(luò)而更新的。在云端,，可以生成這臺車或者是整個車隊的數(shù)字孿生,，這樣做的原因一方面是OEM汽車廠商的需求，他們需要了解車輛的情況和問題,；另一方面,，一些國家和政府對數(shù)據(jù)有相關(guān)的監(jiān)管要求，如在云端,、在本地所存儲數(shù)據(jù)量的要求,。歐盟提出了電動車‘電池護照’的概念，我覺得這是業(yè)界未來的標(biāo)準(zhǔn)實踐,，它能提升電動車行駛的里程,，可以更好地增強電動車電池的健康狀態(tài)和充電狀態(tài)?！?/p>