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德州儀器：目標(biāo)汽車零排放

本文作者：徐俊毅點(diǎn)擊： 2019-05-10 13:33

前言：

德州儀器中國區(qū)汽車業(yè)務(wù)部總經(jīng)理張磊

人類追求安全、節(jié)能、環(huán)保的大趨勢(shì)，使得汽車工業(yè)正在加快電氣化技術(shù)的步伐。汽車電子系統(tǒng)在5個(gè)技術(shù)大方向上快速前進(jìn)。先進(jìn)的輔助駕駛系統(tǒng)、可靠的被動(dòng)安全系統(tǒng)、車身電子和照明、信息娛樂系統(tǒng)、混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車技術(shù)。

“隨著汽車電子化不斷演進(jìn)，未來汽車正努力實(shí)現(xiàn)所謂“新三化”功能，汽車會(huì)更加智能，更加有效率，更加安全，也會(huì)更加綠色。“德州儀器中國區(qū)汽車業(yè)務(wù)部總經(jīng)理張磊說

傳統(tǒng)的被動(dòng)安全系統(tǒng)就是ABS和安全氣囊。在更為先進(jìn)的主動(dòng)安全領(lǐng)域，除了自動(dòng)泊車、盲點(diǎn)檢測(cè)功能外，TI在無人駕駛Level4和更高技術(shù)層面進(jìn)行著技術(shù)儲(chǔ)備，而77GHz毫米波雷達(dá)方案，將下一代ADAS技術(shù)提供更加安全的快速的主動(dòng)安全功能；在汽車電子和照明系統(tǒng)領(lǐng)域，LED已開始大規(guī)模替代傳統(tǒng)的鹵素?zé)艉碗瘹鉄簦琓I已可以提供目前業(yè)內(nèi)獨(dú)一無二的100萬像素前燈方案，為駕駛員提供更多重要信息；在信息越系統(tǒng)應(yīng)用中，TI正憑借DLP抬頭顯示方案，可將更多內(nèi)容投射到前擋風(fēng)玻璃，改善駕乘體驗(yàn)并提高安全性；而在新能源汽車領(lǐng)域，有大量關(guān)鍵技術(shù)與電源系統(tǒng)、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)等密切相關(guān)的技術(shù)，正是發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域，畢竟模擬半導(dǎo)體、電源相關(guān)技術(shù)是TI的立身之本。

“多年以來，TI在新能源汽車和動(dòng)力汽車的創(chuàng)新和布局，想實(shí)現(xiàn)的最終目標(biāo)，就是使整個(gè)新能源汽車變得更加有效率，更加節(jié)能和安全。”

除了提升效率和節(jié)能，最終實(shí)現(xiàn)“零”排放是整個(gè)汽車工業(yè)奮斗的目標(biāo)。

根據(jù)電機(jī)功率的不同，目前正在進(jìn)行動(dòng)力電氣化的汽車，可以大致分為，輕度混合動(dòng)力、中都混合動(dòng)力、完全混合動(dòng)力、插電式混合動(dòng)力，純電動(dòng)幾個(gè)大類。

傳統(tǒng)意義上的輕混和中混動(dòng)力的汽車模式，主要?jiǎng)恿碜詡鹘y(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，主要體現(xiàn)在汽車啟停或者低速電力推進(jìn)，目前是歐洲汽車市場的技術(shù)主流。而具備純電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且擁有能量回收系統(tǒng)的完全混合動(dòng)力汽車以及各式純電汽車則是目前中國汽車制造商發(fā)力的市場重點(diǎn)，相較歐美傳統(tǒng)車廠，中國本土的汽車制造商有強(qiáng)烈的彎道超車意愿，并十分樂于嘗試新技術(shù)。

在汽車動(dòng)力系統(tǒng)電氣化的道路上，有4項(xiàng)關(guān)鍵性的技術(shù)需要不斷突破，用首字母I、D、B、O來表示：
I—INV電力動(dòng)力輸入系統(tǒng)，如何使電力轉(zhuǎn)化成動(dòng)力的主要轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；
D—DC/DC板上電源管理系統(tǒng)，是整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)(Powertrain)下管理系統(tǒng)的核心部件；
BWS—電池管理系統(tǒng)，對(duì)電池系統(tǒng)充放電行為進(jìn)行精確管控，并提供安全保障；
OBC—車載充電系統(tǒng)，需要從公共電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換成直流電供給車載電池充電，OBC需要和公共電網(wǎng)電壓和頻率兼容，還需要兼容不同電壓和不同類型的化學(xué)電池，同時(shí)，目前純電車以及插電式混合，需要車載充電系統(tǒng)對(duì)各用電子系統(tǒng)（比如）進(jìn)行充放電管理操作，是決定充電功率和效率的關(guān)鍵部件。目前常見功率為3.3KW～6.6KW，也正是這個(gè)系統(tǒng)的功率限制，決定了汽車的充電速度。

接下來，我們來看看TI在這些關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得了哪些進(jìn)展。所有新產(chǎn)品都以“Q1”結(jié)尾，這可能表示是2019年第一季發(fā)布的產(chǎn)品。

首先是在BMS（電池管理系統(tǒng)）：BQ79606-Q1精密監(jiān)視器，具有用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成硬件保護(hù)器。在12v、48v至400v、800v、1500v訪問提供誤差小于1%的車輛進(jìn)度，通過ISO 26262認(rèn)證最高級(jí)即--達(dá)到ASIL D級(jí)。配套用BQ79606A-Q1評(píng)估板，具有集成保護(hù)的6通道精密電池監(jiān)視器，采用菊花鏈通信端口，可堆疊以支持大串?dāng)?shù)電池包配置（最多64 個(gè)模塊）。

售價(jià)199美元的BQ79606A-Q1評(píng)估板

近期發(fā)生的兩起特斯拉車庫自燃事件讓電動(dòng)汽車電池安全問題再度受到關(guān)注。

張磊認(rèn)為：BMS芯片更高的精度加上匹配的SoC充電管理算法可以極大提高電芯壽命，同時(shí)更少的外圍元器件數(shù)量和更高集成度有效降低系統(tǒng)成本，內(nèi)部集成ESD保護(hù)器件，提供熱插拔功能，并達(dá)到ASIL D級(jí)則為電池系統(tǒng)提供可靠和安全的保障。

然后是傳感器系統(tǒng)：
用于電動(dòng)汽車的高精度溫度傳感器TMP235-Q1，用于動(dòng)力總成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高精度模擬溫度傳感器，在千瓦級(jí)的功率等級(jí)下，保護(hù)動(dòng)力總成系統(tǒng)免于過熱，在-40 °C至150 °C的全工作環(huán)境溫度范圍內(nèi)，典型精度為±0.5 °C。更高的傳感器精度，將使得后級(jí)系統(tǒng)或更上層控制算法有更準(zhǔn)確的依賴性。

高精度溫度傳感器 TMP235-Q1

集成傳感功能的IGBT 和SiC 隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器，UCC2710-Q1，提供先進(jìn)的監(jiān)控和保護(hù)，幫助提高牽引逆變器和車載充電器的整體系統(tǒng)效率。峰值電流可達(dá)±10A ，降低開關(guān)損耗。響應(yīng)時(shí)間為200ns 的過流檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)快速的系統(tǒng)保護(hù)，抗浪涌能力高達(dá)12.8kV，通過集成的緩沖器和傳感器減少外部元件，同時(shí)使用隔離的模擬-脈寬調(diào)制傳感器提供精確的溫度、電流或電壓感測(cè)。。

IGBT 和SiC 隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器，UCC2710-Q1

售價(jià)99美元的UCC2710-Q1評(píng)估板

UCC2710-Q1評(píng)估板，提供每通道單獨(dú)10A 峰值輸出驅(qū)動(dòng)電流，驅(qū)動(dòng)電壓可編程，兩個(gè)5.7kVrms 5.7kVrms5.7kVrms 的增強(qiáng)型隔離通道，支持高達(dá)1.7kV的輸入電壓，帶軟關(guān)斷和鉗位的短路保護(hù)電路，并配套相應(yīng)電源方案參考設(shè)計(jì)。

IGBT/SiC柵極驅(qū)動(dòng)器參考設(shè)計(jì)

LM5180-Q1，65V輸入，集成100V/1.5A FET的PSR反激式轉(zhuǎn)換器具有超低靜態(tài)電流、無需光耦或變壓器輔助繞組，由12-V汽車電池直接驅(qū)動(dòng)，以降低中間電源軌發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)。

解決快速充電挑戰(zhàn)：直流快速充電

目前電動(dòng)汽車交流充電站，受限于電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、最大電流強(qiáng)度，OBC功率限制等因素，充至80%電力的時(shí)間需要5到15小時(shí)，而采用更高電壓、模塊化轉(zhuǎn)換器的直流快速充電站，可以通過使用SiC這樣的新材料加快開關(guān)速度來提高能量密度，新的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)雙向V2G 操作，并在較大的輸出范圍內(nèi)提高轉(zhuǎn)換效率，充電器功率得到大幅度提升，可達(dá)340kW，從而實(shí)現(xiàn)15到30分鐘快速充電的需求。

三電平、三相SiC AC/DC轉(zhuǎn)換器雙向參考設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)換效率可待98%

TI適用于直流快速充電的3相SiC 參考設(shè)計(jì)，98 ％的功率轉(zhuǎn)換效率可滿足Combo -1電動(dòng)汽車充電標(biāo)準(zhǔn)，在800 V直流充電電壓時(shí)輸出可達(dá)10 kW ，基于碳化硅（SiC SiC）的電動(dòng)汽車充電設(shè)計(jì)（快速充電站），為V2X 提供模組化設(shè)計(jì)，易于雙向工作。

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