富士通:用MCU推動新能源汽車的發(fā)展

                                      我國新能源汽車的最新發(fā)展趨勢
*新能源汽車是我國的戰(zhàn)略發(fā)展方向，其成敗關系到中國的未來國家石油安全；
*中國重點發(fā)展和補貼純電動(EV)和插電式混合動力汽車(PHEV)；
*純電動汽車將是最終的發(fā)展目標，中短期內(nèi)將以插電式混合動力車作為重點發(fā)展的過渡車型；
*插電式混合動力汽車直接由電網(wǎng)充電，電動機為主要動力輸出，發(fā)動機為輔，采用大容量電池，
以靠電力行駛較遠的距離，如果電池耗盡，可以采用發(fā)動機繼續(xù)行駛，解決現(xiàn)實問題；
*插電式混合動力汽車已經(jīng)成為未來趨勢，比亞迪、中國一汽、吉利汽車、長城汽車、長安汽車、江淮汽車等都在大力發(fā)展。        
                                    
富士通認為，純電動汽車作為最終發(fā)展目標還有一段距離要走，無論是汽車電池問題，還是國家政府、汽車廠商的條件還不具備，從目前趨勢看到，還是以插混合電動汽車作為未來中短期發(fā)展目標。

                          半導體廠商可降低設計門檻

從半導體廠商角度來看，要想法降低研發(fā)成本，降低本土汽車廠商的設計門檻，降低芯片的成本。為此，富士通提供了一站式的系統(tǒng)控制方案。比如電動汽車里的一些工作單元，還有電池管理系統(tǒng)、電機控制單元、轉換單元等一整套的控制方案。


針對電動汽車和插電式混合電動汽車的發(fā)電機，目前產(chǎn)品規(guī)劃，第一代產(chǎn)品怎么來控制成本呢？
第一，在內(nèi)部集成RDC（旋轉變壓器轉換器），這個電路如果是放在外面，他的成本可能占到6、7美元。富士通把這樣一個轉換單元集成到MCU里面去，第一代是128MHz的高速CPU。第二代產(chǎn)品會集成雙RDC，從而達到降低成本。富士通產(chǎn)品規(guī)劃，有144管腳，有64管腳的，已方便不同的系統(tǒng)采用不同的成本選項。

    
富士通MCU在電機控制方面有哪些獨到的創(chuàng)新？第一，此方案可以改善電機的運行效率。第二，通過電機處理一些專門技術，可以把能源的消耗降低40%。第三，降低了系統(tǒng)的成本。

                                         專門為新能源汽車研發(fā)的MCU
富士通現(xiàn)在主推MB91580 MCU，是全世界第一款專門面向新能源汽車控制高性能的高性能MCU，是富士通專門針對新能源汽車開發(fā)的MCU，集成了關鍵外設功能，縮短電機的控制時間，簡化了系統(tǒng)設計。

在此之前有三種做法，要需要1~9步的處理流程，比如電機控制算法等，富士通把這些處理全部集成到芯片里，通過硬件電路就可以實現(xiàn)。因此這個流程就變成縮減為一半了，5步就可以實現(xiàn)。這樣有什么好處？之前的處理是25微秒，現(xiàn)在處理的時間，可以控制在12微秒，這樣可以縮短馬達控制時間，減少40%，提高電機運行的效率。

                                                       降低成本
怎么來降成本呢？現(xiàn)在市場上的設計是一個MCU，再外加一個外部RDC，富士通用什么技術來實現(xiàn)呢？富士通用的是單芯片，CPU可以在任何時候把客戶需要計算的值，需要產(chǎn)量的值，直接可以通過寄存器讀出來，好處是不僅硬件電路簡化了，軟件工程師的軟件設計工作也簡化了。

針對新能源汽車電機，富士通一個系列有9款產(chǎn)品。開發(fā)多也是滿足不同客戶的要求，例如歐美的客戶可能選擇144個管腳，中國和印度的客戶就選擇100管腳。

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在新能源汽車整個控制方案里面，不僅是電機，還包括電池管理、整車控制單元。這些是不需要專門控制系統(tǒng)，需要的是"低成本，高性能通用的處理器"就可以了。為此，富士通推出了16位MCU——16FXS系列，它是精簡的版本，把部分功能精簡下來，以降低成本，也要符合平臺化。

今天所有的汽車設計都講究平臺化，型號也要多。從客戶工程師選型來講，或者是設計角度，整個系列從148管腳到144管腳，16個MCU，不僅成本低，還能滿足最新的通訊接口。滿足AEC提出的標準，以及對汽車軟件平臺的標準。雖然成本低，但質量跟軟件平臺化方面，一點都沒有含糊。16FXS提供工程樣片，不僅強調(diào)成本了，還要強調(diào)高性能。

16位MCU比較適合一些低成本的，像BMS（電池管理系統(tǒng)）來控制，電池管理系統(tǒng)現(xiàn)在成本很高，高到什么地方呢？因為電池單元非常多，每一個電池單位都要有一個MCU來控制，大概需要幾十個MCU控制，如果富士通把MCU成本降低，同時又不犧牲其性能和質量。

像32位，比如有很強的通訊能力，富士通會推薦整車控制單元，像32位肯定比16位成本比較高，富士通不建議32位來做電池低成本的應用，富士通會建議用于成本高的應用。

它們的仿真器還有開發(fā)器都一樣，這就有一個好處，當設計師采用高性能的時候，工具的投入，采購的投入，一套就可以搞定。調(diào)試也是USB調(diào)試（現(xiàn)在都講究用USB的連接）。

還有開發(fā)工具，富士通也做了非常低的成本，它把工具的成本低于150美元（相當于不到1000元的人民幣）。1000元錢就可以搞定16位、32位所有整套工具其實是比較合算的。

關于電池管理系統(tǒng)，下圖是富士通工程師設計的模板，電池管理系統(tǒng)有很多，有數(shù)據(jù)采集模塊，所謂數(shù)據(jù)采集模塊，就是要采集每一個電池單元，富士通可以采集15節(jié)電池，這個是完整的架構，為客戶提供參考方案，每一個客戶都明白，富士通只是提供幫客戶工程師提供參考，學習的東西，真正量化是需要做你的定制化和修改。


                            各控制系統(tǒng)之間的集成創(chuàng)新

在新能源汽車里，包括控制系統(tǒng)，富士通提了一個概念，叫做系統(tǒng)集成的創(chuàng)新。新能源汽車里面，有電機控制、電池控制，還有DC/DC轉換的控制。電機的控制單元可以通過電機的控制，抑制CPU的負載率。我的CPU可以有60%的系統(tǒng)空余，富士通來同時進行BMS電池管理，還有DC/DC轉換的控制，我就可以把BMS的電池管理單元某些控制功能，還有DC/DC轉換某些控制單元的，無論是硬件的成本，還是軟件的單元，富士通把它集成到MB91580 MCU電機控制單元里面來。這是一個橫向的基層，我把其他單元控制的功能，集成到主的電機功能上來，形成集成的控制，也是為了降低成本。