汽車的自動(dòng)駕駛、電池管理、動(dòng)力傳動(dòng)系以及充電樁的相關(guān)技術(shù)導(dǎo)向

　　瑞薩電子的主驅(qū)電機(jī)控制方案經(jīng)歷了多年研發(fā)，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展了5代。目前面向市場(chǎng)的方案有兩種，一種是體積為0.9L的電機(jī)控制器(Inverter),風(fēng)冷的機(jī)電一體化20kW方案，此方案對(duì)合作車廠技術(shù)能力要求比較高，目前正在與某個(gè)日本車廠合作。另一種為更加成熟的方案，是體積在2.9L液冷的電機(jī)控制器(40～60kW)。與目前國內(nèi)主流產(chǎn)品比較契合，已經(jīng)開始與國內(nèi)車廠進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)。

　　兩種方案的器件均由瑞薩主流產(chǎn)品構(gòu)成，現(xiàn)階段主要還是方案原型，需要跟車廠確認(rèn)具體參數(shù)才可以進(jìn)行產(chǎn)品匹配設(shè)計(jì)。而0.9L和2.9L的控制器體積，將會(huì)大大提升產(chǎn)品在車內(nèi)配置的靈活性。在現(xiàn)有方案的基礎(chǔ)上，我們將會(huì)很快推出符合最嚴(yán)格功能安全性的設(shè)計(jì)。預(yù)計(jì)近期，瑞薩將會(huì)推出符合ISO26262的ASIL-D標(biāo)準(zhǔn)的主驅(qū)電機(jī)控制方案。

　　Powertrain設(shè)計(jì)持續(xù)地提高效率

　　當(dāng)下傳統(tǒng)汽車與電動(dòng)汽車的發(fā)展如火如荼，功率電子方面的主要趨勢(shì)包括：增大功率密度，延長到10萬次以上的循環(huán)壽命，降低成本，提高效率。

　　混動(dòng)和電動(dòng)汽車的動(dòng)力總成設(shè)計(jì)持續(xù)地提高效率和減少CO2排放。電動(dòng)/混動(dòng)汽車動(dòng)力總成中使用更少的機(jī)械零件，更多的電子元件，設(shè)計(jì)規(guī)則和對(duì)可靠性的要求跟傳統(tǒng)汽車漸行漸遠(yuǎn)。由于電動(dòng)/混動(dòng)汽車市場(chǎng)的快速增長，動(dòng)力總成的設(shè)計(jì)周期越來越短。OEM廠家和一級(jí)廠家更供應(yīng)商緊密合作，減少設(shè)計(jì)實(shí)踐，采用最新技術(shù)。

充電樁技術(shù)與解決方案

　　目前我國有4.9萬個(gè)充電樁，2020年規(guī)劃建成480萬個(gè)，這意味著未來有龐大的市場(chǎng)。

　　三菱電機(jī)快速充電的大功率、低損耗解決辦法

　　隨著新能源乘用車市場(chǎng)的發(fā)展越來越大，充電市場(chǎng)將會(huì)有變革性的方案出現(xiàn)，比如大功率集中充電站出現(xiàn)，以滿足充電的通用性和便利性要求。而大功率集中充電站的運(yùn)營會(huì)由市場(chǎng)引導(dǎo)，并追求系統(tǒng)的高效率、低運(yùn)營費(fèi)用和低建設(shè)投入。

　　為了應(yīng)對(duì)充電快速化的大功率需求，并考慮這一市場(chǎng)對(duì)性價(jià)比的要求，三菱電機(jī)推出了最新一代的通用工業(yè)IGBT模塊。在新推出的第7代IGBT模塊中，三菱電機(jī)采用了最新一代的IGBT硅片和二極管硅片，進(jìn)一步降低了功率模塊的損耗(相比6.1代模塊，降低約10%)，從而有利于散熱設(shè)計(jì)并提升系統(tǒng)效率;同時(shí)還采用了創(chuàng)新的封裝結(jié)構(gòu)，比如一體化的基板技術(shù)(提升熱循環(huán)壽命)，以及低的內(nèi)部雜散電感(更好地滿足客戶的易用性需求)。而隨著模塊的預(yù)涂相變熱界面材料(PC-TIM)的應(yīng)用，能夠進(jìn)一步保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精確度，并且能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)的精度和可靠性保持到成品并提供給最終客戶，同時(shí)還可以減少系統(tǒng)裝配中的工序，降低生產(chǎn)成本。

　　可靠性是充電樁當(dāng)下應(yīng)該蓄力之處

　　隨著新能源汽車的發(fā)展，對(duì)充電設(shè)施提出了充電快速化、通用化、高效化和智能化等挑戰(zhàn)要求。從充電樁電源供電設(shè)計(jì)的角度來看，充電樁行業(yè)發(fā)展的挑戰(zhàn)在于電源產(chǎn)品的可靠性，特別是需要考慮在各種特殊、極端情況下電源產(chǎn)品的可靠性。

　　憑借扎實(shí)的研發(fā)實(shí)力，可靠的電源及信號(hào)接口產(chǎn)品，針對(duì)目前國內(nèi)發(fā)展迅猛的充電樁行業(yè)，金升陽為行業(yè)客戶設(shè)計(jì)了針對(duì)交直流充電樁的電源及通信接口產(chǎn)品整體解決方案。

　　直流充電樁輔助供電系統(tǒng)包含了兩個(gè)電源部分和兩個(gè)通信部分。

　　電源部分中，首先需考慮大電流充電情況下BMS的輔助供電。在最新的國標(biāo)中將此電源統(tǒng)一標(biāo)定為12V10A的電源，且后續(xù)在BMS管理方面，乘用車與大巴車的BMS供電系統(tǒng)將統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。因此，選擇具有主動(dòng)式PFC功能的LI120-10B12輸出12V給BMS系統(tǒng)供電。

　　主控系統(tǒng)的電源部分，選用LH40-10B24給HMI顯示屏以及繼電器供電。再通過K7812-500R3和K7805-500R3轉(zhuǎn)換為12V和5V分別給監(jiān)控安防單元和MCU供電。

　　在通信部分中，本方案應(yīng)用了三種通信，CAN通信、485通信和232通信。CAN通信連接了車載BMS、非車載充電機(jī)以及主控系統(tǒng);485通信連接了刷卡模塊、電表等;顯示屏的串口通常采用232的通信方式。基于內(nèi)部的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，有時(shí)也可采用非隔離的通信方式。

　　充電樁產(chǎn)品急需提高用戶體驗(yàn)

　　目前國內(nèi)不管是對(duì)新能源汽車還是對(duì)充電樁的需求都是越來越大，對(duì)其產(chǎn)業(yè)前景看，新能源汽車是未來汽車技術(shù)升級(jí)、乃至整個(gè)汽車行業(yè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要方向， 同時(shí)，新能源汽車以及充電樁是當(dāng)前最受關(guān)注的國家新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。

　　充電樁作為新能源汽車最重要的配套設(shè)備，其完善與推廣將直接決定新能源汽車能否全面鋪開。如今新能源汽車充電支付體驗(yàn)不好，各個(gè)廠家推出各自的硬件和軟件，支付方案也不同，其相互之間難以實(shí)現(xiàn)通用，亟待市場(chǎng)逐步完善及規(guī)范，以提高用戶體驗(yàn)。 另外，目前充電樁能同時(shí)充電的汽車數(shù)目有限，不同電池的智能識(shí)別與適應(yīng)、輸出電流及電壓的穩(wěn)定性和快速充電的控制策略與方法，在充電過程中還需注意安全控制和管理，比如電池管理系統(tǒng)、充電機(jī)、煙霧報(bào)警系統(tǒng)的安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，都需要規(guī)范出統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

　　針對(duì)充電樁國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，英蓓特推出了基于TI AM335X 系列的充電樁計(jì)費(fèi)模塊，豐富各種通訊接口，方案整體框圖如圖2所示。

　　充電樁數(shù)據(jù)處理、人機(jī)交互主要通過Mini8600B工控主板來實(shí)現(xiàn)。它采用Cortex-A8構(gòu)架，工作頻率達(dá)800MHz，預(yù)裝linux操作系統(tǒng)。另外，對(duì)于交流充電樁，我們推出了高性價(jià)比的計(jì)費(fèi)模塊案例——基于atmel AT91SAM9G45來實(shí)現(xiàn)的交流充電樁案例。

　　安全是充電樁的硬性指標(biāo)

　　由于充電樁的工作電壓和電流都達(dá)到了非常高的程度，確保充電過程的安全是充電樁設(shè)計(jì)和實(shí)施的一個(gè)挑戰(zhàn)。安全的基礎(chǔ)在于充電樁與電池管理系統(tǒng)(BMS)之間的通信?！峨妱?dòng)汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議》規(guī)定，充電樁與電池管理系統(tǒng)之間的通信采用CAN2.0B通信協(xié)議，通信速率為250kbs。由于BMS用于檢測(cè)電池充電過程中的電流、電壓和溫度，因而充電樁與電池管理系統(tǒng)之間的通信對(duì)于充電過程的管理和安全性非常關(guān)鍵。為了避免通信干擾，通信接口獨(dú)立于總成控制系統(tǒng)之外。在充電樁設(shè)計(jì)時(shí)還必須要考慮充電接口溫度監(jiān)控、電子鎖、絕緣監(jiān)測(cè)和泄放電路等功能，這些都是從設(shè)計(jì)到工程實(shí)施需要考慮的技術(shù)挑戰(zhàn)。

　　RS Components(簡稱RS)擁有多個(gè)全球知名品牌的產(chǎn)品線，涵蓋了從元器件到測(cè)試方案的所有產(chǎn)品。RS提供的方案是在多家供應(yīng)商產(chǎn)品基礎(chǔ)上的更好優(yōu)化，不僅如此，RS也與Facom, Stanley, DeWalt and Bacho等歐洲著名的工具廠商合作，為國內(nèi)客戶提供所需的手動(dòng)和電動(dòng)工具。RS的Fluke-345和Fluke-435-II、Tektronix MDO3000/4000系列、Megger MFT/MIT以及RS Pro/ Iso-Tech的測(cè)試和評(píng)估方案，可分別用于能效、絕緣方案、以及高性價(jià)比系統(tǒng)方案等方面的測(cè)試測(cè)量與評(píng)估。

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本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第7期第13頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。