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Thomas Wessel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。Thomas Wessel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Drue Freeman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。
图注,ADI混合动力汽车/电动汽车电池监控方案
Drue Freeman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。