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Shunichi Kaeriyama
Shunichi Kaeriyama
VP of Automotive Analog Product Marketing Division

由于最近的二氧化碳排放法规,车辆的电气化正在迅速发展。带有电动动力系统的车辆包括HEV(混合动力车)和BEV(电池电动车),两者统称为xEV。混合动力汽车的动力系统同时使用发动机和电机。混合动力汽车包括FHEV(全混合动力汽车)、MHEV(轻度混合动力汽车)和PHEV(插电式混合动力汽车),它们被称为xHEV。由于xHEV仍然会从发动机排放二氧化碳,因此人们有动力从xHEV转向BEV,因为BEV是一种不排放二氧化碳的纯电动汽车。

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fig-1 xEV system trends

图1:xEV系统趋势

随着xHEV向BEV的过渡,系统将发生如图1所示的变化。由发动机、变速器、逆变器和电机组成的复杂牵引系统合并为一个E-Axle,这是一个集成逆变器、电机和减速器的模块。此外,由于BEV有更高的功率效率要求,对高效IGBT和SiC MOSFET的需求正在增加,而BEV除了需要逆变器,还需要DC/DC转换器和车载充电器(OBC),还有一种趋势被称为N-in-1或X-in-1,将DC/DC和OBC集成到E-Axle中。

虽然xHEV的小电池已经足够,但BEV需要一个覆盖整个底盘的大电池。xHEV中的一个小电池只需要很短的布线长度来监控每个电池,但一个大电池需要大量的布线, 所以无线电池监测系统(wireless BMS)应运而生。瑞萨也正在开发基于这些趋势的解决方案。

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fig-2 xEV system

图2:瑞萨用于xEV系统的产品

图2显示了xEV ECU的配置示意图。xEV主要由逆变器、DC/DC转换器、OBC和BMS组成。 逆变器、DC/DC转换器和OBC由一个MCU、一个电源管理IC(PMIC)、栅级驱动器、IGBT和SiC MOSFET等功率器件和位置传感器组成;BMS由MCU、PMIC、电池监测IC(BMIC)、IPD和BMS组成。 无线BMS还需要BLE等无线收发器。

瑞萨拥有所有这些产品,我们可以预测系统趋势并从系统级别的角度优化我们的解决方案。

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fig-3 Renesas inverter solution

图3:逆变器解决方案

BEV需要大量的高性能IGBT和SiC MOSFET。 瑞萨正在投资开发新一代的AE5 IGBT,以提高性能。此外,瑞萨还在投资甲府工厂,并将开始批量生产12英寸IGBT。由于E-Axle(电驱集成系统)越来越小,集成度越来越高,价格竞争也越来越激烈,减少BOM是一个重要的课题。 瑞萨正在开发一种带有内置反激式电源的栅极驱动单元(GDU),它将大大减少外部BOM,有助于降低BOM成本和实现小型化。 我们还提供感应式位置传感器(IPS),可以集成到电机中,是E-Axle的理想选择。 与传统的旋转变压器相比,IPS有助于实现更小的尺寸、更轻的重量和更低的成本。对于N-in-1/X-in-1 E-Axle,瑞萨正在开发一种解决方案,用单个MCU控制逆变器、DC/DC转换器和OBC。

瑞萨将使用这些MCU、PMIC、GDU、IGBT和IPS构建一个逆变器系统,并作为一个交钥匙解决方案提供给客户,以帮助客户缩短开发时间和降低开发成本。此外,我们还在开发N-in-1 E-Axle交钥匙解决方案,以应对E-Axles和N-in-1/X-in-1集成的趋势。 我们正在用Dyno工作台和演示车在系统级别上验证我们的解决方案。

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fig-4 Battery Management System

图4:电池监测系统

瑞萨提供一流的高精度的BMIC(在汽车应用所需的电池电压和温度范围内,测量误差为±2 mV或更小)和使用这些BMIC的BMS交钥匙解决方案。交钥匙解决方案有助于缩短客户基于瑞萨产品的开发周期,特别是对新兴国家的客户。 对于未来的BMS,我们也在做无线BMS的概念验证(PoC)。 我们正在展示每个多芯电池组配备一个无线收发器的解决方案,以及每个电池配备一个无线收发器的解决方案,这是一个终极无线BMS。 瑞萨BLE收发器体积小、功耗低和BOM成本低,有助于提高无线BMS的竞争力。

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fig-5 model based design solution

除了硬件开发工作量的减少,软件开发工作量的减少也是一个大问题。 瑞萨不仅提供逆变器和BMS所需的软件(C源代码),同时也提供基于模型设计(MBD)的软件开发环境。

瑞萨提供的仿真模型包括1)由MCU软件处理的控制模型,2)模拟和电源产品的模型,3)工厂模型,如电机和电池。 客户可以使用瑞萨的模型,也可以在MATLAB中编辑控制器模型,对其进行修改以实现所需。 仿真完成后,用户可使用MATLAB的Autocode功能自动生成C代码。MCU的外设、模拟和电源产品部分由瑞萨提供的设备驱动软件取代,并集成到Autocode生成的C代码中。 瑞萨将Autocode生成的软件写入逆变器和BMS参考设计中,然后在Dyno Bench或HILS环境中运行,进行系统级验证,再作为参考设计提供。

该解决方案通过以下方式大大提高了客户软件开发的效率:1)在早期设计阶段实现系统级仿真;2)消除手工编码的需要;3)消除编码过程中的人为错误,从而消除调试和回溯的需要。

瑞萨拥有广泛的产品组合,包括MCU、模拟和电源,并通过一站式解决方案提案和技术支持,为缩短客户的开发时间和降低开发成本作出贡献。

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