汽車電氣化的部分關(guān)鍵技術(shù)及ST的解決方案

付志凱

1 汽車電氣化的趨勢和挑戰(zhàn)

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

中國領(lǐng)導(dǎo)人在2020年9月提出中國要在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%，主要來自燃油車的排放。因此，發(fā)展電動汽車并逐漸從燃油車過渡到電動汽車對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。

2 ST的解決方案

提高效率和功率密度是電動汽車的主要趨勢之一，主要集中在對牽引逆變器的改進(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過渡。相比IGBT，SiC在耐壓、能源損耗、熱導(dǎo)率上有明顯優(yōu)勢。據(jù)某車廠測算，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大電流驅(qū)動芯片L9502E等。SiC逆變器當(dāng)前最大的挑戰(zhàn)是成本，但是隨著應(yīng)用越來越多，成本將不會是一個(gè)問題。

BMS的趨勢是高精度、高可靠性。ST針對BMS專門研發(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)開啟等功能。

無線BMS也將是一個(gè)趨勢，無線技術(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。不過大多數(shù)的無線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器（PCM）。