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新能源汽车热售后的成本将有降低趋势

发布时间:2021-06-28 阅读数: 112

依乘联数据显示,今年1至4月,新能源汽车生产销售均超过70万辆,分别达到75万辆和73.2万辆,已连续10个月更新当月销售记录。全国乘用车市场信息联合会秘书长崔东树预测今年新能源乘用车销量突破220万辆,新能源汽车市场整体达到250万辆。


虽然销售热度高,但实际上很多消费者购买电动汽车还有很多担心。例如电池的安全性、充电的便利性、持续距离、成本比燃料车高等。这些问题或多或少阻碍了新能源汽车的进一步普及。


根据麦肯锡的报告,电动汽车的平均生产成本比传统燃料车高12000美元。为了缩小这个成本差距,提高效率、可靠性和延长持续距离,对汽车设计工程师来说是很大的挑战。但是,电动汽车动力总成整合解决方案可能是个好选择。



动力总成整合方案可将系统尺寸和成本降低50%


起初,人们认为电动汽车在燃料汽车之间的价格差异是由电池造成的。的确,电池的成本在电动汽车中占有很大的比例,但随着技术的进步和电池制造商的努力,电池的成本将来有望大幅度降低。但事实上,除了电池,动力组件,即电力电子组件也是电动汽车和燃料汽车之间成本差异的原因之一。


德州仪器中国区汽车业务部现场技术应用经理周东宝。


举个例子,根据整合模块的数量,可以分为二合一、三合一和五合一几种不同的整合解决方案。根据整合的难易度,也可以将动力整合整合分为基础的机械水平整合,即物理整合,以及更复杂的控制逻辑和功率水平整合。


据周东宝介绍,通过使用TI的解决方案,客户可以实现从分布式电源结构到单个动力领域的控制器方案的变化。整个系统的复杂性也随着整合水平的增加而提高,对顾客的收益也越来越高,但他也承认整合度越高,面临的挑战也越多。


周东宝进一步指出,整合的方案可以从以下几个方面帮助客户降低整个系统的尺寸和成本。


第一,电动驱动系统多组合的一体化解决方案,通过共享外壳的耦合和冷却系统,减少连接器的数量


第二,通过进一步共享控制电路和共享电力电路等,有效降低电驱系统的体积、重量和成本,同时提高电驱系统的电力密度


第三,更好地实现轻量化,有助于延长电动汽车的持续距离


第四,通过整体优化系统的热性能,保证系统的可靠性。同时,功能安全是目前电气驱动系统中非常重要的设计指标,TI整合的解决方案也有助于简化功能安全系统的开发和认证。


TI动力总成整合方案如何实现?


从TI电机控制器、车载充电器(OBC)和DC/DC的三合一解决方案可以看出,三合一解决方案可以大大优化整个系统的结构,通过共享部分的控制电路可以降低整个驱动系统的重量和体积。


据周东宝介绍,TI三合一动力综合解决方案使用C2000系列微控制器、综合驱动器GaN场效应晶体管、隔离驱动器UCC5870、温度传感器TMP126等TI产品。


他深度解析道,首先采用C2000系列微控制器,提供高达925MIPS的处理能力,结合其灵活配置的高精度PWM模块,可以轻松适应各种复杂的电源开拓朴素和更高的控制算法,实现整个系统的更高效率。内置了非常丰富的模拟功能模块,如内置的丰富的模拟功能模块。这些模块可以实现低至30ns以内的响应时间,响应一些诊断保护和故障等。该控制响应完全是纯硬件控制,不需要CPU模块的参与,也可以进一步提高系统的可靠性。


第二,采用集成驱动的GaN场效果晶体管,可以使开关管的门极电容量和输出电容量低于硅管,同时GaN设备没有传统的MOSFET寄生二极管反向恢复问题,因此可以以高达2.2MHz的开关频率工作,同时保持非常低的开关损失。结合TI定制开发的低寄生电感的强化散热型切片式封装,可以提高2倍的功率密度,减少磁性部件的59%。氮化镓功率设备内置了数字温度样功能,提供实时温度信息,可更灵活地实现动态系统的热管理。对于一些常用的过流、短路、过温和压力不足等保护功能,TI也将其集成到氮化镓的开关管中,客户无需增加立电路来实现这些功能。同时内置的短路和过流保护电路可以在低至100ns的时间内响应,从而提高了系统的可靠性。


第三,隔离驱动UCC5870系列可以提供高达15A峰值电流的驱动力,也意味着客户不需要增加额外的功率放大电路,也可以保证开关管整体非常有效地开关,从而达到更高的效率。UCC5870在200ns的时间内可以进行短路保护,同时共模抑制比达到150V/ns,在业界是非常高的水平。更高的共模抑制比意味着TI芯片可以在更恶劣的噪声环境下保持可靠的通信,同时可以正确驱动开关管进行相应的动作,达到更高的系统级可靠性。


第四,温度传感器TMP126该产品在全温度范围(-40℃~+175℃)的环境温度下工作,同时采样精度达到正负0.3度。这么高的精度对系统的意义是温度传感器的精度越高,在设计整个系统时可以帮助客户留下更小的设计馀量。同时,在进行系统动态的温度补偿时,精度更高,也有助于最大限度地提高系统的效率。另外,其数字接口内置的循环冗馀检查功能也能确保在噪音高的电磁环境下可靠地通信。


周东宝特别介绍TI帮助客户简化功能安全系统设计的开发和认证


第一,TI可以提供符合功能安全标准的产品。例如,隔离驱动UCC5870是通过TVSD认证的功能安全产品开发过程开发的产品。关于这个产品,可以提供FMEDA、功能安全手册、FIT值等非常完整的功能安全文件。周东宝说。对于大多数常用的信号链产品,如简单的电源和信号链产品,TI可以提供设备整体功能安全的FIT值、故障模式的分布等技术文件,帮助客户设计功能安全。


其次,为了加快客户产品的开发时间,TI与TTVSTAD合作,开发了功能安全等级更高的ASILD集成牵引驱动和DC/DC直流转换器的升级方案。TIDM-02009相关资料、设计文件等数据也可以在TI主页上找到。该参考设计使用TI最新的C2000系列MCU和UCC5870隔离驱动器,可实现2万转速和2MHz的开关频率。


最后,周东宝总结了TI动力总成系统整合解决方案的优势:1、集成解决方案功率密度高,整个系统效率可达98%。2、利用TI产品技术,优化客户的热性能,设计诊断、保护等电路,TI可以提高整个电路的可靠性。3、通过使用TI产品,可以大大降低整个系统的成本,使用更少的设备、更小的解决方案和尺寸。4、TI提供多种方案简化客户功能安全认证,如ASILD级合规认证工作。


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