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德州儀器實現動力傳動系統整合 幫助電動車性能大躍進
 

【CTIMES/SmartAuto 王岫晨 報導】   2021年05月14日 星期五

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改善電動車動力傳動架構後,客戶能省下50%的系統設計成本,同時達到功率密度最大化、提高效能、優化可靠度,提升電動車價格競爭力。

TI全球汽車動力傳動系統總經理Karl-Heinz Steinmetz
TI全球汽車動力傳動系統總經理Karl-Heinz Steinmetz

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。1汽車業者致力符合各國碳排放法規的同時,也必須讓電動車的價格更實惠,才能激發消費者換購混合動力車或電動車的動力。

對於車輛設計工程師而言,要提升效能與可靠度、增加續航里程,同時降低動力傳動系統的成本,無疑是個艱鉅的挑戰。有鑑於動力傳動系統是一台電動車成本最高的部件,EV動力傳動系統整合便能成為解決方案的關鍵之一。

現行混合動力車與電動車的動力傳動系統由各類系統組成,用以驅動汽車前進,包含電池、DC/DC轉換器、車載充電器與牽引逆變器等,各自裝於不同位置。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,德州儀器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。

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。

威邁斯新能源(VMAX)是一家電動車零組件供應商,總部設於中國深圳,他們親眼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。」

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。」

能夠處理複雜電源轉換需求的即時微控制器(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,能實現高達1至2 MHz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。

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說,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。

電動車市場正在快速成長,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%。2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。

有鑑於此,Karl-Heinz表示,這項創新能顯著提升電動車性能表現與單次充電續航里程,進而讓電動車的價格更親民實惠。

關鍵字: TI(德州儀器, 德儀
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