摘要

在本篇文章中，您將了解到電動汽車的發(fā)展趨勢以及瑞薩提供的解決方案背后的戰(zhàn)略。

作者：Shunichi Kaeriyama

VP of Automotive Analog Product Marketing Division

由于最近的二氧化碳排放法規(guī)，車輛的電氣化正在迅速發(fā)展。帶有電動動力系統(tǒng)的車輛包括HEV（混合動力車）和BEV（電池電動車），兩者統(tǒng)稱為xEV?；旌蟿恿ζ嚨膭恿ο到y(tǒng)同時使用發(fā)動機和電機。混合動力汽車包括FHEV（全混合動力汽車）、MHEV（輕度混合動力汽車）和PHEV（插電式混合動力汽車），它們被稱為xHEV。由于xHEV仍然會從發(fā)動機排放二氧化碳，因此人們有動力從xHEV轉(zhuǎn)向BEV，因為BEV是一種不排放二氧化碳的純電動汽車。

xEV系統(tǒng)趨勢

隨著xHEV向BEV的過渡，系統(tǒng)將發(fā)生如上圖所示的變化。由發(fā)動機、變速器、逆變器和電機組成的復(fù)雜牽引系統(tǒng)合并為一個E-Axle，這是一個集成逆變器、電機和減速器的模塊。此外，由于BEV有更高的功率效率要求，對高效IGBT和SiC MOSFET的需求正在增加，而BEV除了需要逆變器，還需要DC/DC轉(zhuǎn)換器和車載充電器（OBC），還有一種趨勢被稱為N-in-1或X-in-1，將DC/DC和OBC集成到E-Axle中。

雖然xHEV的小電池已經(jīng)足夠，但BEV需要一個覆蓋整個底盤的大電池。xHEV中的一個小電池只需要很短的布線長度來監(jiān)控每個電池，但一個大電池需要大量的布線，所以無線電池監(jiān)測系統(tǒng)（wireless BMS）應(yīng)運而生。瑞薩也正在開發(fā)基于這些趨勢的解決方案。

瑞薩用于xEV系統(tǒng)的產(chǎn)品

上圖顯示了xEV ECU的配置示意圖。xEV主要由逆變器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、OBC和BMS組成。逆變器、DC/DC轉(zhuǎn)換器和OBC由一個MCU、一個電源管理IC（PMIC）、柵級驅(qū)動器、IGBT和SiC MOSFET等功率器件和位置傳感器組成；BMS由MCU、PMIC、電池監(jiān)測IC（BMIC）、IPD和BMS組成。無線BMS還需要BLE等無線收發(fā)器。

瑞薩擁有所有這些產(chǎn)品，我們可以預(yù)測系統(tǒng)趨勢并從系統(tǒng)級別的角度優(yōu)化我們的解決方案。

逆變器解決方案

BEV需要大量的高性能IGBT和SiC MOSFET。瑞薩正在投資開發(fā)新一代的AE5 IGBT，以提高性能。此外，瑞薩還在投資甲府工廠，并將開始批量生產(chǎn)12英寸IGBT。由于E-Axle（電驅(qū)集成系統(tǒng)）越來越小，集成度越來越高，價格競爭也越來越激烈，減少BOM是一個重要的課題。瑞薩正在開發(fā)一種帶有內(nèi)置反激式電源的柵極驅(qū)動單元（GDU），它將大大減少外部BOM，有助于降低BOM成本和實現(xiàn)小型化。我們還提供感應(yīng)式位置傳感器（IPS），可以集成到電機中，是E-Axle的理想選擇。與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)變壓器相比，IPS有助于實現(xiàn)更小的尺寸、更輕的重量和更低的成本。對于N-in-1/X-in-1 E-Axle，瑞薩正在開發(fā)一種解決方案，用單個MCU控制逆變器、DC/DC轉(zhuǎn)換器和OBC。

瑞薩將使用這些MCU、PMIC、GDU、IGBT和IPS構(gòu)建一個逆變器系統(tǒng)，并作為一個交鑰匙解決方案提供給客戶，以幫助客戶縮短開發(fā)時間和降低開發(fā)成本。此外，我們還在開發(fā)N-in-1 E-Axle交鑰匙解決方案，以應(yīng)對E-Axles和N-in-1/X-in-1集成的趨勢。我們正在用Dyno工作臺和演示車在系統(tǒng)級別上驗證我們的解決方案。

電池監(jiān)測系統(tǒng)

瑞薩提供一流的高精度的BMIC（在汽車應(yīng)用所需的電池電壓和溫度范圍內(nèi)，測量誤差為±2mV或更小）和使用這些BMIC的BMS交鑰匙解決方案。交鑰匙解決方案有助于縮短客戶基于瑞薩產(chǎn)品的開發(fā)周期，特別是對新興國家的客戶。對于未來的BMS，我們也在做無線BMS的概念驗證（PoC）。我們正在展示每個多芯電池組配備一個無線收發(fā)器的解決方案，以及每個電池配備一個無線收發(fā)器的解決方案，這是一個終極無線BMS。瑞薩BLE收發(fā)器體積小、功耗低和BOM成本低，有助于提高無線BMS的競爭力。

除了硬件開發(fā)工作量的減少，軟件開發(fā)工作量的減少也是一個大問題。瑞薩不僅提供逆變器和BMS所需的軟件（C源代碼），同時也提供基于模型設(shè)計（MBD）的軟件開發(fā)環(huán)境。

瑞薩提供的仿真模型包括1）由MCU軟件處理的控制模型，2）模擬和電源產(chǎn)品的模型，3）工廠模型，如電機和電池?？蛻艨梢允褂萌鹚_的模型，也可以在MATLAB中編輯控制器模型，對其進(jìn)行修改以實現(xiàn)所需。仿真完成后，用戶可使用MATLAB的Autocode功能自動生成C代碼。MCU的外設(shè)、模擬和電源產(chǎn)品部分由瑞薩提供的設(shè)備驅(qū)動軟件取代，并集成到Autocode生成的C代碼中。瑞薩將Autocode生成的軟件寫入逆變器和BMS參考設(shè)計中，然后在Dyno Bench或HILS環(huán)境中運行，進(jìn)行系統(tǒng)級驗證，再作為參考設(shè)計提供。

該解決方案通過以下方式大大提高了客戶軟件開發(fā)的效率：

1）在早期設(shè)計階段實現(xiàn)系統(tǒng)級仿真；

2）消除手工編碼的需要；

3）消除編碼過程中的人為錯誤，從而消除調(diào)試和回溯的需要。

瑞薩擁有廣泛的產(chǎn)品組合，包括MCU、模擬和電源，并通過一站式解決方案提案和技術(shù)支持，為縮短客戶的開發(fā)時間和降低開發(fā)成本作出貢獻(xiàn)。

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工程師說 | 瑞薩電子AD/ADAS戰(zhàn)略概述

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