汽車電氣化的部分關(guān)鍵技術(shù)及ST的解決方案

1   汽車電氣化的趨勢(shì)和挑戰(zhàn)

汽車市場(chǎng)中與電氣化相關(guān)的應(yīng)用是減少交通碳排放影響的關(guān)鍵因素。

中國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人在2020年9 月提出中國(guó)要在2030年碳達(dá)峰，2060 年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)碳中和，減少能源使用中的碳排放是其中的重要一環(huán)。電能是清潔、高效的能源品種，用電能作為主要的能源消耗可以大幅減少碳排放。同時(shí)也要發(fā)展低排放的清潔能源作為主要發(fā)電的能源。中國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)碳排放占比達(dá)10%，而公路運(yùn)輸占其中的74%，主要來(lái)自燃油車的排放。因此，發(fā)展電動(dòng)汽車并逐漸從燃油車過(guò)渡到電動(dòng)汽車對(duì)減少碳排放具有必要性。

意法半導(dǎo)體（ST）作為全球領(lǐng)先的汽車芯片供應(yīng)商，深耕汽車電氣化領(lǐng)域多年，針對(duì)汽車電氣化的核心部件——牽引逆變器（traction inverter）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、整車控制器（VCU）、車載充電器（OBC）、DC-DC 轉(zhuǎn)換器，都有相應(yīng)的產(chǎn)品及整體解決方案。

意法半導(dǎo)體大中華暨南亞區(qū) 汽車電子市場(chǎng)及應(yīng)用部新能源車技術(shù)創(chuàng)新中心市場(chǎng)經(jīng)理 付志凱

2   ST的解決方案

提高效率和功率密度是電動(dòng)汽車的主要趨勢(shì)之一，主要集中在對(duì)牽引逆變器的改進(jìn)上。目前市面上大部分逆變器都是采用IGBT，也有一些已經(jīng)在向SiC 過(guò)渡。相比IGBT，SiC 在耐壓、能源損耗、熱導(dǎo)率上有明顯優(yōu)勢(shì)。據(jù)某車廠測(cè)算，SiC 逆變器的高效率可以使整車?yán)m(xù)航里程增加5%~10%。ST 在汽車SiC 領(lǐng)域是行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者。

此外，ST 還提供整套具備功能安全的SiC 逆變器系統(tǒng)解決方案，產(chǎn)品包括有3 個(gè)主頻200 MHz 高性能核的MCU SPC58NN，兼容IGBT/SiC 且支持功能安全的汽車級(jí)大電流驅(qū)動(dòng)芯片L9502E 等。SiC 逆變器當(dāng)前最大的挑戰(zhàn)是成本，但是隨著應(yīng)用越來(lái)越多，成本將不會(huì)是一個(gè)問(wèn)題。

BMS 的趨勢(shì)是高精度、高可靠性。ST 針對(duì)BMS專門(mén)研發(fā)的模擬前端芯片（AFE）L9963E 具有強(qiáng)大的功能。它具備0 μs 同步采樣，內(nèi)置14 個(gè)獨(dú)立ADC。多個(gè)L9963E 可以采用菊花鏈連接方式，通過(guò)變壓器隔離接口與一個(gè)主處理器進(jìn)行通信，L9963E 還支持內(nèi)部均衡同時(shí)開(kāi)啟等功能。

無(wú)線BMS 也將是一個(gè)趨勢(shì)，無(wú)線技術(shù)可以省去很多整車線束，有效降低BoM（物料清單）、制造和里程成本。不過(guò)大多數(shù)的無(wú)線BMS 還處于早期的技術(shù)研究階段，需要考慮EMC、通信帶寬、安全性等問(wèn)題。隨著整車的電子化程度提高，電子電器架構(gòu)由數(shù)十個(gè)電子控制單元（ECU）逐步向幾個(gè)域控制器發(fā)展。采用域控制器的架構(gòu)可以簡(jiǎn)化整車錯(cuò)綜復(fù)雜的線束，解決低效的控制邏輯且具有可拓展性。在這方面，ST 的高集成度且支持功能安全的MCU Stellar 系列是一個(gè)范例，其首批樣品已交付主要客戶。該MCU 內(nèi)置Arm^?Cortex^?-R52 多核處理器，具有硬件虛擬化功能和專用硬件加速器核，且集成非易失性相變存儲(chǔ)器（PCM）。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年8月期）