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通過(guò)將動(dòng)力總成系統集成到緊湊的機械外殼中，可實(shí)現更實(shí)用、更高效的電動(dòng)汽車(chē) (EV) 作者：德州儀器 在德州儀器 (TI) 努力改進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力總成架構后，我們的客戶(hù)可以將系統設計成本削減一半，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(mǎi)得起電動(dòng)汽車(chē)。 
如今，電動(dòng)汽車(chē)的平均生產(chǎn)成本比傳統內燃機汽車(chē)高出 12,000 美元。1 隨著(zhù)汽車(chē)制造商致力于滿(mǎn)足全球排放法規，他們還必須彌補性?xún)r(jià)比差距，幫助消費者過(guò)渡到混合動(dòng)力汽車(chē)或全電動(dòng)汽車(chē)。 對于汽車(chē)設計工程師來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是一個(gè)巨大的挑戰，他們正在努力提高效率、可靠性和延長(cháng)行駛里程，同時(shí)降低電動(dòng)汽車(chē)昂貴器件（動(dòng)力總成系統）的成本。電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力總成集成可能是一個(gè)解決方案。 一直以來(lái)，混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力總成都是推動(dòng)汽車(chē)行業(yè)進(jìn)步的系統的結合體，將電池、直流/直流轉換器、車(chē)載充電器和牽引逆變器封裝在不同的外殼中。目前，隨著(zhù)模擬和嵌入式處理技術(shù)的進(jìn)步，設計人員可以使用單個(gè)域控制器和功率級來(lái)組合這些系統，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準。 “這就要求我們滿(mǎn)足基本的技術(shù)和安全要求，同時(shí)使之更經(jīng)濟實(shí)用，實(shí)現大規模采用，從而在系統中獲得更大收益，” 德州儀器 (TI)全球汽車(chē)動(dòng)力總成系統工程團隊負責人Karl-Heinz Steinmetz說(shuō)。
總部位于中國深圳的電動(dòng)汽車(chē)組件供應商深圳威邁斯新能源股份有限公司(VMAX)正在親身體驗動(dòng)力總成集成的優(yōu)勢。 “要想設計出對于全中國消費者而言更加高效、可靠且經(jīng)濟實(shí)惠的電動(dòng)汽車(chē)，動(dòng)力總成集成是關(guān)鍵，”威邁斯 (VMAX) 副總裁韓永杰說(shuō)�！暗轮輧x器 (TI) 的技術(shù)和專(zhuān)業(yè)知識正在幫助我們達到客戶(hù)對車(chē)載充電器、直流/直流轉換器和牽引逆變器系統所需的集成水平�！� 以更高的效率和更高的功率密度實(shí)現更長(cháng)的行駛時(shí)間 將動(dòng)力總成系統集成到一個(gè)緊湊的機械外殼中不僅會(huì )使設計和組裝更簡(jiǎn)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(shuō)�！叭绻梢詼p輕汽車(chē)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(guò)提高功率密度來(lái)提升效率的創(chuàng )新功能也很關(guān)鍵。通過(guò)將相關(guān)技術(shù)（例如符合汽車(chē)標準的氮化鎵 (GaN) 技術(shù)）運用到電動(dòng)汽車(chē)中，可以在更高的效率下工作并保留熱能，從而幫助延長(cháng)行駛里程。這意味著(zhù)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(kāi)關(guān)與經(jīng)過(guò)優(yōu)化的高速柵極驅動(dòng)器一起使用，將改變游戲規則，因為它們可以將磁性元件減小 60%，從而降低了總體重量和成本，”我們公司的 GaN 營(yíng)銷(xiāo)團隊成員 Ramanan Natarajan 說(shuō)。
要將集成式動(dòng)力總成架構變?yōu)楝F實(shí)，還需要實(shí)時(shí)微控制器 (MCU)，它們可以處理電源轉換的復雜需求。我們具有超低延遲的 C2000™MCU有助于實(shí)現更高的開(kāi)關(guān)頻率（最多提高 1 到 2 MHz），這意味著(zhù)電感器和電容器等外部元件更小。 “通過(guò)實(shí)時(shí)感應和更高的控制環(huán)路開(kāi)關(guān)頻率，我們可以將牽引電機驅動(dòng)到20K RPM，”我們公司的 C2000™ MCU汽車(chē)經(jīng)理 Na Kong 說(shuō)�！斑@使汽車(chē)工程師能夠制造出比之前只能達到 10K RPM 的設計小三分之一以上且性能更高的電機�！� 借助包含單個(gè)實(shí)時(shí) MCU 的集成式動(dòng)力總成架構，該系統可以有效地處理分布式系統中多個(gè)MCU 的工作。在高度集成的設計中，實(shí)時(shí) MCU 可以執行數字電源和電機控制，從而提高效率，同時(shí)節省寶貴的空間。 “當汽車(chē)制造商轉向集成架構時(shí)，需要決定是否整合系統中的資源和芯片，”Karl-Heinz說(shuō)。 提高可靠性并符合功能安全標準 在電動(dòng)汽車(chē)（例如傳統汽車(chē)）中，系統可靠性至關(guān)重要。集成式動(dòng)力總成架構更可靠，僅僅是因為出現故障的零件更少。除了集成系統的固有優(yōu)勢之外，要確保在電動(dòng)汽車(chē)高壓電池環(huán)境中的可靠性，還需要強大的保護功能和峰值熱性能。
借助針對嚴苛汽車(chē)環(huán)境設計和測試的隔離式柵極驅動(dòng)器和調制器，隔離技術(shù)可幫助應對這些挑戰。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)力總成系統符合 ASIL D 要求，這是道路機動(dòng)車(chē)輛功能安全的最高級別要求，也是電動(dòng)汽車(chē)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計至關(guān)重要，因此我們非常重視這些考慮事項。我們的參考設計著(zhù)重關(guān)注安全性，該設計已經(jīng)過(guò) TüV SüD 單獨評估，可幫助我們的客戶(hù)通過(guò)出色的成本控制自定義其系統的設計，”Karl-Heinz 說(shuō)。 通過(guò)動(dòng)力總成集成支持電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的加速增長(cháng) 電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)正在快速增長(cháng)。到 2025 年，電動(dòng)汽車(chē)的數量預計將從現在的 560 萬(wàn)輛增長(cháng)到占全球汽車(chē)銷(xiāo)量的 30%。2動(dòng)力總成集成將在電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)增長(cháng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。已證明集成式動(dòng)力總成系統的功率密度提高了 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(chē)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(chē)更加經(jīng)濟實(shí)惠，”Karl-Heinz 說(shuō)。 我們熱衷于讓世界更美好 幫助客戶(hù)設計集成式動(dòng)力總成系統是 TI 革新者致力于通過(guò)半導體技術(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 )新的基礎之上，使技術(shù)變得更小巧、更高效、更可靠、更實(shí)惠，開(kāi)拓新市場(chǎng)可實(shí)現半導體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應用。在 TI，這就是工程的進(jìn)步。這正是我們數十年來(lái)以至現在一直在做的事。 1 https://www.mckinsey.com/industr ... vehicles-profitable 2 https://www.jpmorgan.com/insights/research/electric-vehicles |
