汽車電氣化的八大難點(diǎn)，TI有答案！

在全球范圍內(nèi)，無論是幫助汽車制造商減輕內(nèi)燃機(jī)負(fù)擔(dān)，抑或是過渡到全電動(dòng)汽車，我們都需共同努力，重新構(gòu)想汽車業(yè)愿景并減少排放。電氣化已被證明是減少排放的較適宜的工具，但隨著車輛內(nèi)電壓升高，如圖1所示，監(jiān)測和維護(hù)子系統(tǒng)顯得格外重要。

圖1 從混合動(dòng)力到電動(dòng)汽車的路線圖

正是基于監(jiān)測和維護(hù)子系統(tǒng)的持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展，混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車（HEV/EV）的上市時(shí)間正在不斷提速，同時(shí)更大限度地延長駕駛時(shí)間并確保乘客安全。但與此同時(shí)，關(guān)于 電池管理系統(tǒng) 和 牽引逆變器系統(tǒng) 中的監(jiān)測和維護(hù)，依然存在一些技術(shù)難點(diǎn)。以下便是最為常見的八大問題及TI的建議。

1   如何增加能量密度和系統(tǒng)效率提高混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力？

將相同尺寸的功率輸出加倍可大量節(jié)約成本，還有助于快速充電。這可通過在高開關(guān)頻率下操作功率轉(zhuǎn)換器（OBC或快速DC充電器中的PFC級和DCDC）實(shí)現(xiàn)，減小磁性元件的尺寸，從而有助于實(shí)現(xiàn)高功率密度。對于給定應(yīng)用，更高的系統(tǒng)效率可帶來更低損耗和更小的散熱器解決方案。還可降低器件上的熱應(yīng)力，并有助于延長使用壽命。 

2   混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車如何提供與燃油汽車相同的用戶體驗(yàn)？

通過增加每次充電的可用里程，同時(shí)減少充電時(shí)間，可改善駕駛體驗(yàn)。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，就需在汽車和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施（充電樁）側(cè)都配備先進(jìn)的電池管理系統(tǒng)和高效的動(dòng)力電子設(shè)備。 

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3   如何提高HEV/EV電池管理系統(tǒng)的可靠性？

 BQ79606A-Q1 旨在通過以下功能提高可靠性：

●   電壓監(jiān)控器、溫度監(jiān)控器和通信功能達(dá)到汽車安全完整性ASIL-D級。

●   即使在通信電纜斷開時(shí)（limp-home模式），可選的菊花鏈環(huán)形架構(gòu)也可確保堆棧通信。

●   無需外部穩(wěn)壓二極管即可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的熱插拔性能的設(shè)計(jì)。 

4   如何解決在低溫環(huán)境下使用鋰離子電池組的不良放電性能？

混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車的電池組在受控的溫度范圍內(nèi)工作，以優(yōu)化低溫下的充放電性能，并確保高溫下電池保持在安全工作區(qū)域內(nèi)。為應(yīng)用適當(dāng)?shù)臒峁芾聿呗?，有必要在電?電池組進(jìn)行精確的電壓和溫度感測（如BQ79606A-Q1所示）。這些可能需在冷啟動(dòng)條件下進(jìn)行預(yù)熱，并在較高溫度下進(jìn)行冷卻。 

5   如何監(jiān)測BMS系統(tǒng)？

通過菊花鏈配置， 可擴(kuò)展汽車HEV/EV 6s至96s鋰離子電池監(jiān)控演示器參考設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)了 BQ79606A-Q1 可為3至300系列、12V至1.2 kV鋰離子電池組創(chuàng)建高度精確和可靠的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)可在6至96系列電池監(jiān)控電路之間擴(kuò)展，并傳達(dá)電池電壓和溫度，以幫助滿足ASIL-D級要求。 

利用我們的資源可簡化牽引逆變器的設(shè)計(jì)

6   在牽引逆變器中使用碳化硅（SiC）或氮化鎵（GaN）車載設(shè)備有何優(yōu)勢？

SiC功率電路的新進(jìn)展可幫助設(shè)計(jì)人員開發(fā)更高效、更輕巧和更智能的EV動(dòng)力系統(tǒng)，如牽引逆變器、車載充電器和快速DC充電站。新型 UCC21710-Q1 和 UCC21732-Q1 等器件是TI首款集成了絕緣柵雙極晶體管（IGBT）和SiC場效應(yīng)晶體管感測功能的隔離柵驅(qū)極動(dòng)器，從而提高了系統(tǒng)可靠性并提供了快速檢測時(shí)間，以防止過流事件發(fā)生，同時(shí)確保安全關(guān)閉系統(tǒng)。

7   如何防止?fàn)恳孀兤鬟^熱？

 TMP235-Q1 可幫助牽引逆變器系統(tǒng)對溫度波動(dòng)做出反應(yīng)，并以低功耗、小型封裝和高準(zhǔn)確度應(yīng)用適當(dāng)?shù)臒峁芾砑夹g(shù)。在電子書“溫度監(jiān)測和維護(hù)”中了解設(shè)計(jì)牽引逆變器時(shí)有關(guān)溫度監(jiān)控的更多信息。 

8   為何需要溫度傳感器來確保牽引逆變器系統(tǒng)的可靠性？

溫度檢測是保證EV性能以及乘客安全的關(guān)鍵參數(shù)。而汽車原始設(shè)備制造商也會(huì)優(yōu)先考慮溫度檢測，以讓消費(fèi)者放心：這些新穎的運(yùn)輸方式與內(nèi)燃機(jī)相比更具安全性。 

通過應(yīng)用適當(dāng)?shù)臏囟葯z測技術(shù)，精度越高，系統(tǒng)對溫度波動(dòng)迅速做出反應(yīng)的機(jī)率就越大。 

設(shè)計(jì)更快、更智能

據(jù)國際能源署預(yù)測，到2021年，道路上的電動(dòng)汽車數(shù)量將增加兩倍。因此需要更先進(jìn)的監(jiān)測和維護(hù)。德州儀器持續(xù)助力汽車電氣化進(jìn)程，幫助未來汽車實(shí)現(xiàn)更高的期望。 

其他資源

●    帶有三種IGBT/SiC偏置電源解決方案的HEV/EV牽引逆變器功率級參考設(shè)計(jì) 展示了三種IGBT/SiC解決方案。