快速發(fā)展的汽車產(chǎn)業(yè)為汽車電子產(chǎn)品提供了廣闊的應用市場，中國汽車電子市場也跟隨汽車產(chǎn)業(yè)一起進入快速發(fā)展期，對發(fā)電技術(shù)以及電池的設計要求也越來越高。

快速發(fā)展的汽車產(chǎn)業(yè)為汽車電子產(chǎn)品提供了廣闊的應用市場，中國汽車電子市場也跟隨汽車產(chǎn)業(yè)一起進入快速發(fā)展期。亞洲最大規(guī)模的汽車技術(shù)展AutomotiveWorld將于2016年8月30日-9月1日首次進駐中國，從設計到制造高質(zhì)量呈現(xiàn)汽車電子的前沿技術(shù)與應用。近年來，PHEV和HEV的在新能源汽車市場的占有率一直居高不下，這就意味著對發(fā)電技術(shù)以及電池的設計要求也越來越高，在開展前就讓我們先來分析下電動汽車的設計環(huán)境以及汽車電池設計所面臨的挑戰(zhàn)。

電動交通工具泛指使用高壓電池和電動馬達進行推進的車輛。與僅用內(nèi)燃機(ICE)提供動力的汽車相比，這種技術(shù)的優(yōu)勢在于電動馬達在產(chǎn)生扭矩(特別是在加速過程中)時要比ICE高效得多。另外，電動汽車可以在行車時回收動能，而其它汽車只能以熱量的形式損耗掉。

正如亨利福特于1923年所說：“即使僅節(jié)省幾磅的汽車重量……也意味著它們能開得更快，并且消耗更少的燃料?！边@個永恒真理正是鋰電池化學產(chǎn)業(yè)憑借更高比能(焦耳/千克)引領(lǐng)世界向下一代更具重量效益、插電式電動汽車發(fā)展的理由。

但我們對筆記本電腦的鋰離子電池爆炸案記憶猶新，當再度考慮到電動汽車電池更大的總能量時，該事件更是被進一步放大。這方面的顧慮及其它因素促進了高度智能的電池管理系統(tǒng)(BMS)的發(fā)展。這種電池管理系統(tǒng)需要與大功率電池充電系統(tǒng)通訊來滿足諸如安全、成本、電池壽命、汽車行程(又名里程焦慮)和整夜充電等要求——為了達到更低的碳排放和更高的燃油經(jīng)濟性需要做出的所有痛苦讓步。

隨著汽車OEM廠商對下一代電池管理和充電系統(tǒng)要求的確定，半導體公司正在推進預期能夠滿足這些要求的產(chǎn)品開發(fā)。本文將要討論與插電式混合動力汽車(PHEV)中的大功率(3kW)、脫機式電池充電器的開發(fā)相關(guān)的設計要求、架構(gòu)和挑戰(zhàn)，并展示為何要為這類應用建立數(shù)字電源架構(gòu)。

電動汽車設計環(huán)境

混合動力汽車(HEV)與新興的PHEV汽車不同，它們使用較低容量的電池和電動馬達輔助主要ICE加速。這種混合扭矩加上再生制動能力可進一步改善燃油利用率，并減少碳排放。

然而，減少排放還不能完全滿足針對汽車零排放的最新法律要求。因此，作為新興汽車，PHEV的動力完全來自于潔凈電網(wǎng)能量。

所謂的串聯(lián)電動汽車與并聯(lián)HEV不同，不從兩種來源混合扭矩。所有推進扭矩來自更大的電動馬達，一般大于80kW。在某些情況下會增加一個性能經(jīng)過優(yōu)化的小型里程延伸ICE，用于解決純電動汽車電池的里程限制問題。ICE用作發(fā)電機給電動馬達供電，并給電池充電。不管是在PHEV還是HEV中，增加高壓電池和電動馬達從根本上改變了汽車的電氣、機械和安全系統(tǒng)。因此最終需要復雜和高度智能的功率電子和電池管理系統(tǒng)。

電池設計挑戰(zhàn)

過去100年內(nèi)，工程師已經(jīng)將汽油推進系統(tǒng)改進得十分完善?，F(xiàn)在，OEM及其供貨商一改過去的方式，開始組成聯(lián)盟，突破常規(guī)，集中力量優(yōu)化電動推進系統(tǒng)。

但電動推進的高成本表現(xiàn)在產(chǎn)品開發(fā)和組件復雜度方面，需要用復雜和容錯性的汽車智能和功率電子系統(tǒng)連續(xù)管理數(shù)十千瓦的功率。

考慮在傳統(tǒng)汽油動力汽車中測量油量的簡單任務。根據(jù)具體的汽車，油量表可能只是由連接到一個發(fā)送部件的加熱線圈驅(qū)動的雙金屬條。而在電動汽車中，‘油箱’是由串聯(lián)/并聯(lián)著的許多電池單元(可能100節(jié)或以上)組成的高壓電池。對電荷狀態(tài)(SOC)的精確判斷要求對每節(jié)電池進行精確的電壓測量(在幾毫伏內(nèi))。

集中和高度智慧的控制機制可以滿足模擬技術(shù)不容易解決的許多問題。

更先進的微控制器整合有協(xié)處理器(控制律加速器)和多個高分辨率脈寬調(diào)變器(PWM)，前者用于加速控制環(huán)路傳輸函數(shù)的運算，后者能夠控制功率開關(guān)在150ps內(nèi)。這種架構(gòu)能夠動態(tài)適應線路和負載的變化，記錄系統(tǒng)操作參數(shù)數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)前瞻性的無差錯算法，同時通過地氣隔離的控制局域網(wǎng)絡智能地連接所有其它汽車子系統(tǒng)。

最近在數(shù)字電源方面的發(fā)展使得這種方法更加可行，更具成本效益、可擴展性，并且更適合電動汽車中的大功率多相位應用。

有經(jīng)驗的軟件設計師可以免費使用針對數(shù)字補償和實際上每種電源拓撲的大型且可擴展模塊化軟件庫進行整合;另外還能獲得與數(shù)字和模擬電源解決方案作對比的測試報告。

想要了解更多關(guān)于電動汽車設計研發(fā)方面的最新資訊還請關(guān)注即將于8月30日開展的中國汽車電子技術(shù)展覽會預展AutomotiveWorld2016，本展涵蓋了汽車電子技術(shù)、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、EV/HEV/FCV技術(shù)、汽車輕量化技術(shù)、以及汽車配件加工技術(shù)等重要領(lǐng)域話題。豐田、日產(chǎn)、本田、馬自達、三菱、通用、現(xiàn)代、博世、電裝等來自世界各國的汽車廠商及代理商都是展會重要嘉賓。此次進駐中國，AutomotiveWorld將面向中國市場，從設計到制造高質(zhì)量呈現(xiàn)汽車電子的前沿技術(shù)與應用。

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