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TI:動力傳動系統整合技術成為電動車市場競爭關鍵
 

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

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目前一台電動車的平均生產成本,比一台傳統燃油汽車高出$12,000美元。而動力傳動系統,更是一台電動車所有部件中成本最高的,因此,EV動力傳動系統整合成為解決方案的關鍵。

混合動力車與電動車的動力傳動系統功能是驅動汽車前進,目前通常由各類系統組成,包含電池、DC/DC轉換器、車載充電器與牽引逆變器等,分別裝於不同位置。隨著類比與嵌入式處理技術持續發展,設計人員現在能透過單一網域控制器與功率級,將這些系統進一步整合,不只有助提高效能與可靠度、降低成本,更能滿足車輛功能性安全需求。

TI全球汽車動力傳動系統總經理Karl-Heinz Steinmetz表示:「我們以符合關鍵技術與安全要求為前提,致力打造最佳系統,並讓價格更親民。」透過創新,TI能協助設計出整合式動力傳動系統,透過投入半導體技術研發,降低電子產品的成本,打造出更輕巧、高效、可靠、平價的新技術。

總部設於中國深圳的電動車零組件供應商威邁斯新能源(VMAX)就見證了動力傳動系統整合的許多優點。VMAX副總經理韓勇傑(譯音)指出:「要為中國市場設計出效能更好、可靠度更高、價格更實惠的電動車,動力傳動系統整合是其中的關鍵。TI的技術與專業幫助我們充分整合車載充電器、DC/DC轉換器與牽引逆變器系統,滿足客戶的要求。」

將動力傳動系統整合至單一、精巧的機械箱體中,不只能簡化設計與組裝流程,也能節省額外包材、冗餘硬體,因此能大幅減少系統重量與體積。

Karl-Heinz表示:「多一公斤或少一公斤,都對車輛的性能影響甚大。如果能減少車體的重量,就能提升整體性能、拉長單次充電的行駛距離。」

透過提高功率密度來改善效能的創新技術也非常重要。採用車用氮化鎵(GaN)技術等新科技的電動車能以更高的效能運轉、減少熱能逸散,提升續航里程。因此對於散熱零組件也相對減少,進而降低成本。

TI的GaN產品行銷團隊成員Ramanan Natarajan指出:「以氮化鎵這類材料製作的寬能隙開關,加上優化的高速閘極驅動器,未來可望顛覆整個產業,因為這種組合能減少磁性元件體積60%,降低整體重量與成本。」

能處理複雜電源轉換需求的即時MCU,也是實現整合式動力傳動架構的關鍵。TI C2000 MCU具有超低延遲的優點,實現高達1至2MHz的切換頻率,因此只需要較小的電感器、電容器等外部零組件。

TI旗下負責車用C2000 MCU的經理Na Kong表示:「有了即時感測功能,加上更高的控制環路切換頻率,我們能將牽引馬達的轉速提升到20,000 RPM。這樣一來,汽車工程師打造的馬達體積能縮小三分之一以上,而且性能更優越,遠勝過先前轉速最高只有10,000 RPM的設計。」

整合式動力傳動架構配備單一即時MCU後,系統能有效處理分散於不同系統、多個MCU的工作。在高度整合的設計中,即時MCU能同時實現數位電源與馬達控制功能,在提升效能的同時節省寶貴的空間。

Karl-Heinz指出:「汽車業者改採整合式架構時,決策重點就變成整合系統中的資源與晶片了。」無論是EV或傳統燃油車,系統可靠度都至關重要。在整合式動力傳動系統架構中,由於可能故障損壞的零件較少,可靠度因此更勝一籌。整合式系統本身雖然具備多項優勢,但要確保電動車高壓電池系統的可靠度,仍需要穩健的保護功能與最佳化的散熱效益。

設計人員能透過絕緣技術解決這類難題,採用專為嚴苛駕駛環境設計、經過性能檢測的絕緣式閘極驅動器與調變器。整合式診斷也是保障安全的重要關鍵,而且有助動力傳動系統符合ASIL-D車輛安全完整性規範。這項認證不只是道路車輛功能安全的最高級別,也是電動車製造業者面臨的主要挑戰。

Karl-Heinz表示:「我們知道功能性安全在整體設計中扮演重要角色,也非常重視相關安全考量。我們的參考設計體現了我們對安全的重視,也經過TUV SUD的獨立評估,協助客戶依照需求進行系統設計,並實現完美的成本管控。」

目前全球共有約560萬部電動車,估計至2025年,電動車將占全球總汽車銷量的30%。整合式動力傳動系統已經研究證實能提高功率密度40%至50%,且能大幅降低設計體積、重量,同時提升可靠度,勢必成為加速電動車市場成長的一大助力。

關鍵字: 傳動系統  電動車  系統整合  MCU  TI(德州儀器, 德儀
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