快速發(fā)展的汽車產(chǎn)業(yè)為汽車電子產(chǎn)品提供了廣闊的應(yīng)用市場，中國汽車電子市場也跟隨汽車產(chǎn)業(yè)一起進(jìn)入快速發(fā)展期。亞洲最大規(guī)模的汽車技術(shù)展Automotive World將于2016年8月30日-9月1日首次進(jìn)駐中國，從設(shè)計(jì)到制造高質(zhì)量呈現(xiàn)汽車電子的前沿技術(shù)與應(yīng)用。近年來，PHEV和HEV的在新能源汽車市場的占有率一直居高不下，這就意味著對發(fā)電技術(shù)以及電池的設(shè)計(jì)要求也越來越高，在開展前就讓我們先來分析下電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)環(huán)境以及汽車電池設(shè)計(jì)所面臨的挑戰(zhàn)。
電動(dòng)交通工具泛指使用高壓電池和電動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行推進(jìn)的車輛。與僅用內(nèi)燃機(jī)(ICE)提供動(dòng)力的汽車相比，這種技術(shù)的優(yōu)勢在于電動(dòng)馬達(dá)在產(chǎn)生扭矩(特別是在加速過程中)時(shí)要比ICE高效得多。另外，電動(dòng)汽車可以在行車時(shí)回收動(dòng)能，而其它汽車只能以熱量的形式損耗掉。
正如亨利福特于1923年所說：“即使僅節(jié)省幾磅的汽車重量……也意味著它們能開得更快，并且消耗更少的燃料?！边@個(gè)永恒真理正是鋰電池化學(xué)產(chǎn)業(yè)憑借更高比能(焦耳/千克)引領(lǐng)世界向下一代更具重量效益、插電式電動(dòng)汽車發(fā)展的理由。
但我們對筆記本電腦的鋰離子電池爆炸案記憶猶新，當(dāng)再度考慮到電動(dòng)汽車電池更大的總能量時(shí)，該事件更是被進(jìn)一步放大。這方面的顧慮及其它因素促進(jìn)了高度智能的電池管理系統(tǒng)(BMS)的發(fā)展。這種電池管理系統(tǒng)需要與大功率電池充電系統(tǒng)通訊來滿足諸如安全、成本、電池壽命、汽車行程(又名里程焦慮)和整夜充電等要求——為了達(dá)到更低的碳排放和更高的燃油經(jīng)濟(jì)性需要做出的所有痛苦讓步。
隨著汽車OEM廠商對下一代電池管理和充電系統(tǒng)要求的確定，半導(dǎo)體公司正在推進(jìn)預(yù)期能夠滿足這些要求的產(chǎn)品開發(fā)。本文將要討論與插電式混合動(dòng)力汽車(PHEV)中的大功率(3kW)、脫機(jī)式電池充電器的開發(fā)相關(guān)的設(shè)計(jì)要求、架構(gòu)和挑戰(zhàn)，并展示為何要為這類應(yīng)用建立數(shù)字電源架構(gòu)。
電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)環(huán)境
混合動(dòng)力汽車(HEV)與新興的PHEV汽車不同，它們使用較低容量的電池和電動(dòng)馬達(dá)輔助主要ICE加速。這種混合扭矩加上再生制動(dòng)能力可進(jìn)一步改善燃油利用率，并減少碳排放。
然而，減少排放還不能完全滿足針對汽車零排放的最新法律要求。因此，作為新興汽車，PHEV的動(dòng)力完全來自于潔凈電網(wǎng)能量。
所謂的串聯(lián)電動(dòng)汽車與并聯(lián)HEV不同，不從兩種來源混合扭矩。所有推進(jìn)扭矩來自更大的電動(dòng)馬達(dá)，一般大于80kW。在某些情況下會(huì)增加一個(gè)性能經(jīng)過優(yōu)化的小型里程延伸ICE，用于解決純電動(dòng)汽車電池的里程限制問題。ICE用作發(fā)電機(jī)給電動(dòng)馬達(dá)供電，并給電池充電。不管是在PHEV還是HEV中，增加高壓電池和電動(dòng)馬達(dá)從根本上改變了汽車的電氣、機(jī)械和安全系統(tǒng)。因此最終需要復(fù)雜和高度智能的功率電子和電池管理系統(tǒng)。
電池設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
過去100年內(nèi)，工程師已經(jīng)將汽油推進(jìn)系統(tǒng)改進(jìn)得十分完善?，F(xiàn)在，OEM及其供貨商一改過去的方式，開始組成聯(lián)盟，突破常規(guī)，集中力量優(yōu)化電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)。
但電動(dòng)推進(jìn)的高成本表現(xiàn)在產(chǎn)品開發(fā)和組件復(fù)雜度方面，需要用復(fù)雜和容錯(cuò)性的汽車智能和功率電子系統(tǒng)連續(xù)管理數(shù)十千瓦的功率。
考慮在傳統(tǒng)汽油動(dòng)力汽車中測量油量的簡單任務(wù)。根據(jù)具體的汽車，油量表可能只是由連接到一個(gè)發(fā)送部件的加熱線圈驅(qū)動(dòng)的雙金屬條。而在電動(dòng)汽車中，‘油箱’是由串聯(lián)/并聯(lián)著的許多電池單元(可能100節(jié)或以上)組成的高壓電池。對電荷狀態(tài)(SOC)的精確判斷要求對每節(jié)電池進(jìn)行精確的電壓測量(在幾毫伏內(nèi))。
集中和高度智慧的控制機(jī)制可以滿足模擬技術(shù)不容易解決的許多問題。
更先進(jìn)的微控制器整合有協(xié)處理器(控制律加速器)和多個(gè)高分辨率脈寬調(diào)變器(PWM)，前者用于加速控制環(huán)路傳輸函數(shù)的運(yùn)算，后者能夠控制功率開關(guān)在 150ps內(nèi)。這種架構(gòu)能夠動(dòng)態(tài)適應(yīng)線路和負(fù)載的變化，記錄系統(tǒng)操作參數(shù)數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)前瞻性的無差錯(cuò)算法，同時(shí)通過地氣隔離的控制局域網(wǎng)絡(luò)智能地連接所有其它汽車子系統(tǒng)。
最近在數(shù)字電源方面的發(fā)展使得這種方法更加可行，更具成本效益、可擴(kuò)展性，并且更適合電動(dòng)汽車中的大功率多相位應(yīng)用。
有經(jīng)驗(yàn)的軟件設(shè)計(jì)師可以免費(fèi)使用針對數(shù)字補(bǔ)償和實(shí)際上每種電源拓?fù)涞拇笮颓铱蓴U(kuò)展模塊化軟件庫進(jìn)行整合;另外還能獲得與數(shù)字和模擬電源解決方案作對比的測試報(bào)告。
想要了解更多關(guān)于電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)研發(fā)方面的最新資訊還請關(guān)注即將于8月30日開展的中國汽車電子技術(shù)展覽會(huì)預(yù)展Automotive World 2016，本展涵蓋了汽車電子技術(shù)、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、EV/HEV/FCV技術(shù)、汽車輕量化技術(shù)、以及汽車配件加工技術(shù)等重要領(lǐng)域話題。豐田、日產(chǎn)、本田、馬自達(dá)、三菱、通用、現(xiàn)代、博世、電裝等來自世界各國的汽車廠商及代理商都是展會(huì)重要嘉賓。此次進(jìn)駐中國，Automotive World將面向中國市場，從設(shè)計(jì)到制造高質(zhì)量呈現(xiàn)汽車電子的前沿技術(shù)與應(yīng)用。
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