新能源汽车技术挑战的解决方案

  仪器仪表网 ·  2012-12-16 01:13  ·  16292 次点击
混合动力汽车相对于传统汽车而言,目前的难点主要集中在电池能力以及电机控制。需要解决的技术问题包括:电池管理层面,如为了使高压电池高效率工作的电池监测单元或解决方案等;动力总成系统层面,如何解决传统动力系统和电动系统之间的协调运作;电机控制面临的各种挑战,如何降低电磁干扰和噪声的影响。
锂电池监控和保护
ADI最新推出的锂电池监控和保护系统,集成了包括电压和电流测量、信号隔离以及安全监控在内的所有必需元件,可满足锂电池制造商和电源系统设计师的各种需求。ADI汽车电子部副总裁ThomasWessel表示,随着面向高压能源、工业和汽车领域的能源储存应用,锂电池的应用日益普遍,进而刺激了对更安全、更高性能电池监控和保护系统的需求。
采用锂离子技术的电池组由大量的单个电池单元堆叠而成,电压可高达几百伏。为了确保安全使用,改善电池性能并延长续航时间,必须对每个电池单元进行监控和平衡。ADI锂电池监控和保护系统包括一个安全监控器AD8280,该集成式解决方案可监控6个电池单元的电压和两路温度输入。该器件由电池组供电,可以针对过压、过温或欠压这三种状况中的任何一种提供共享式或单独式报警。同时,该设计方案替换了昂贵的分立器件方案,降低功耗并减小系统空间。
相对于传统汽车电子,混合动力汽车对监测电池稳定性的器件有了更高的要求,因为混合动力汽车(HEV)采用锂离子电池替代镍氢电池已是趋势,但锂离子电池本身存在着不稳定性。而作为混合动力汽车的核心技术,IGBT和MOSFET,都需要先进的监测方案来确保其安全工作。此外,对于混合动力车另一个设计挑战就是高电压,传统轿车使用的是12V的电源系统,而HEV却需要从600V到1200V范围的高电压,这对DC/DC转换器和功率管理IC等器件的要求更高。ThomasWessel认为,这正是ADI的锂电池监控和保护系统的用武之地。
降低油耗的相关技术
节能降耗不仅仅是针对新能源车,传统汽车和新能源车均能通过大幅提升能效而达到节能减排的效果。NXP半导体汽车电子事业部全球销售与市场副总裁DrueFreeman表示,尽管大家都看好新能源汽车,但短期内新能源汽车还难成市场主流,所以研究传统内燃机汽车如何节能是目前的当务之急,当然为此开发的解决方案同时也要兼顾到纯电动车、混合动力车的需求。
DrueFreeman认为,汽车电子有5项可以明显降低油耗的相关节能技术值得人们关注:
1、自动启停技术可以节油4?10%。按照预测,到2015年中国会有30%的汽车装上自动启停系统。由于传动系统中各部件间通讯与协调非常重要,探测汽车速度的传感器及MOSFET就是不可或缺的,NXP的CAN和FlexRay总线技术能使车内通讯更快捷且可靠性更高。Drue表示,采用启停系统会引起电压高低起伏,因此相关电子器件就要有很好的适应性,NXP的D类放大器可以在引擎启动或重启时依旧保持优异的性能,即使在电压降到6V时也能保持汽车娱乐的正常使用。
2、电子助力转向(EPS)技术可节油5%左右。
拥有EPS系统的汽车在转向时,转矩传感器会感知到转向盘的力矩和将转动的方向,然后将这些信号通过数据总线发给电子控制单元,电子控制单元再据此向电动机控制器发出动作指令,使电动机可以根据具体的需要输出相应大小的转动力矩,从而产生助力转向。当汽车无需转向时,系统就会处于休眠状态待命。此外,由于不再需要液压泵、油管、压力流量控制阀体、V型传动皮带、储油罐等部件,EPS系统同时可以减少占用空间和车身重量。
3、从赛车移植而来的双离合变速器技术可节省10%的油耗。所谓双离合器变速器,就是采用两个离合器来控制换档,由于在整个换挡期间能确保最少有一组齿轮在输出动力,从而不会出现动力中断状况,并在8ms内实现换档。NXP的FlexRay总线技术在双离合变速器技术中的使用,不同于传统手动变速箱中变速箱与齿轮直接连接,而是电子式连接以提高换挡速度。
另外,在双离合技术中,感应器也要非常精确,而且是非接触式的感应器,这些都是对汽车电子供应商的技术挑战。Drue表示,NXP的磁阻角度传感器、极低电阻的MOSFET等能极好地应对这些挑战。而对于下一代的线控转向技术,NXP由于在CAN上的传统优势也占据着强有力的市场竞争位置,而高速、高可靠性、容错能力强的下一代车载信息网络技术FlexRay在转向应用中非常适用,这又是NXP的技术优势所在。
4、实现16%节能效果的TelemaTIcs技术。这项技术可以实现车与车、车与外部信息系统之间的通讯,这样驾驶员就可以及时获得路况信息,选择最佳路线,避开拥堵路段。据悉,在Telematics技术解决方案上,NXP有ATOP(AutomoTIveOnboardUnitPlatform)模块,这是一种低成本、单器件的模块,目前已在欧洲汽车市场中应用。
5、车身电子局域网络技术,这是NXP正在推广的新技术——其基本设计思路是让网络中不在工作的节点处于超低功耗下的休眠状态,等需运行时再将其唤醒。Drue表示,局域网技术是NXP在车载网络技术的传统优势,NXP的产品可以让处于休眠状态的电子控制单元的电流消耗低至25μA。
EMC的保护
在汽车电子领域,设计者必须保证引擎管理系统不受手机使用者的影响,这就需要EMC的保护。MILMEGA近日面向中国市场推出了三种针对80MHz~1GHz频率应用的产品,即250W、400W和750W固态高功率宽带放大器,新产品里用到了宽带隙技术。
商用宽带隙半导体器件的出现,如采用碳化硅(SiC)以及氮化镓(GaN)材料生产的器件,为放大器设计工程师提供了大功率密度的器件。新产品使用到的另一个技术是MILMEGA独创的CSA(CorporateStructureAmplifier,组织式结构放大器)拓扑结构,它也同样能够帮助固态高功率宽带放大器产品实现更高的可靠性。这种结构的放大器,由其中小功率高增益前置放大器驱动几个并联的大功率低增益HPA。前置放大器模块能驱动多个并联的HPA(允许合并器/分离器损耗),从灵活性、可靠性以及维护和升级的角度,给功率放大器提供了一种先进的设计理念。
MILMEGAIF放大器通过取消内部连接接口,包括一些网络接口等,最终实现模块化产品而节省系统空间。
这些模块采用组织式放大器方法,其中包括驱动、串联控制器、功率模块等,这样的开发模式使得单个模块的可靠性得到最大程度的保证。另一个好处是,如果其中某个模块出现问题,其它模块仍能够正常工作,这就不会因一个模块问题导致整个系统的宕机。MILMEGA总经理PatMoore表示,商用抗扰度测试系统需要达到6GHz(目前为1GHz),这对商用EMC市场中的高功率宽带放大器提出了更多挑战,如要求频率范围在80MHz~6GHz的单一产品,具有1GHz、2.7GHz和6GHz的可见升级路径,在任何负载下都能无条件保持稳定,具有高可靠性和最少的停机时间等。而这些挑战MILMEGA都有相应的解决方案。

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