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TI:动力传动系统整合技术成为电动车市场竞争关键
 

【CTIMES/SmartAuto 吳雅婷 报导】   2021年05月13日 星期四

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目前一台电动车的平均生产成本,比一台传统燃油汽车高出$12,000美元。而动力传动系统,更是一台电动车所有部件中成本最高的,因此,EV动力传动系统整合成为解决方案的关键。

混合动力车与电动车的动力传动系统功能是驱动汽车前进,目前通常由各类系统组成,包含电池、DC/DC转换器、车载充电器与牵引逆变器等,分别装於不同位置。随着类比与嵌入式处理技术持续发展,设计人员现在能透过单一网域控制器与功率级,将这些系统进一步整合,不只有助提高效能与可靠度、降低成本,更能满足车辆功能性安全需求。

TI全球汽车动力传动系统总经理Karl-Heinz Steinmetz表示:「我们以符合关键技术与安全要求为前提,致力打造最隹系统,并让价格更亲民。」透过创新,TI能协助设计出整合式动力传动系统,透过投入半导体技术研发,降低电子产品的成本,打造出更轻巧、高效、可靠、平价的新技术。

总部设於中国深圳的电动车零组件供应商威迈斯新能源(VMAX)就见证了动力传动系统整合的许多优点。VMAX??总经理韩勇杰(译音)指出:「要为中国市场设计出效能更好、可靠度更高、价格更实惠的电动车,动力传动系统整合是其中的关键。TI的技术与专业帮助我们充分整合车载充电器、DC/DC转换器与牵引逆变器系统,满足客户的要求。」

将动力传动系统整合至单一、精巧的机械箱体中,不只能简化设计与组装流程,也能节省额外包材、冗馀硬体,因此能大幅减少系统重量与体积。

Karl-Heinz表示:「多一公斤或少一公斤,都对车辆的性能影响甚大。如果能减少车体的重量,就能提升整体性能、拉长单次充电的行驶距离。」

透过提高功率密度来改善效能的创新技术也非常重要。采用车用氮化??(GaN)技术等新科技的电动车能以更高的效能运转、减少热能逸散,提升续航里程。因此对於散热零组件也相对减少,进而降低成本。

TI的GaN产品行销团队成员Ramanan Natarajan指出:「以氮化??这类材料制作的宽能隙开关,加上优化的高速闸极驱动器,未来可??颠覆整个产业,因为这种组合能减少磁性元件体积60%,降低整体重量与成本。」

能处理复杂电源转换需求的即时MCU,也是实现整合式动力传动架构的关键。TI C2000 MCU具有超低延迟的优点,实现高达1至2MHz的切换频率,因此只需要较小的电感器、电容器等外部零组件。

TI旗下负责车用C2000 MCU的经理Na Kong表示:「有了即时感测功能,加上更高的控制环路切换频率,我们能将牵引马达的转速提升到20,000 RPM。这样一来,汽车工程师打造的马达体积能缩小三分之一以上,而且性能更优越,远胜过先前转速最高只有10,000 RPM的设计。」

整合式动力传动架构配备单一即时MCU後,系统能有效处理分散於不同系统、多个MCU的工作。在高度整合的设计中,即时MCU能同时实现数位电源与马达控制功能,在提升效能的同时节省宝贵的空间。

Karl-Heinz指出:「汽车业者改采整合式架构时,决策重点就变成整合系统中的资源与晶片了。」无论是EV或传统燃油车,系统可靠度都至关重要。在整合式动力传动系统架构中,由於可能故障损坏的零件较少,可靠度因此更胜一筹。整合式系统本身虽然具备多项优势,但要确保电动车高压电池系统的可靠度,仍需要稳健的保护功能与最隹化的散热效益。

设计人员能透过绝缘技术解决这类难题,采用专为严苛驾驶环境设计、经过性能检测的绝缘式闸极驱动器与调变器。整合式诊断也是保障安全的重要关键,而且有助动力传动系统符合ASIL-D车辆安全完整性规范。这项认证不只是道路车辆功能安全的最高级别,也是电动车制造业者面临的主要挑战。

Karl-Heinz表示:「我们知道功能性安全在整体设计中扮演重要角色,也非常重视相关安全考量。我们的叁考设计体现了我们对安全的重视,也经过TUV SUD的独立评估,协助客户依照需求进行系统设计,并实现完美的成本管控。」

目前全球共有约560万部电动车,估计至2025年,电动车将占全球总汽车销量的30%。整合式动力传动系统已经研究证实能提高功率密度40%至50%,且能大幅降低设计体积、重量,同时提升可靠度,势必成为加速电动车市场成长的一大助力。

關鍵字: 传动系统  电动车  系統整合  MCU  TI 
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