摘要

在本篇文章中，您將了解到電動汽車的發展趨勢以及瑞薩提供的解決方案背后的戰略。

作者：Shunichi Kaeriyama

VP of Automotive Analog Product Marketing Division

由于最近的二氧化碳排放法規，車輛的電氣化正在迅速發展。帶有電動動力系統的車輛包括HEV（混合動力車）和BEV（電池電動車），兩者統稱為xEV。混合動力汽車的動力系統同時使用發動機和電機。混合動力汽車包括FHEV（全混合動力汽車）、MHEV（輕度混合動力汽車）和PHEV（插電式混合動力汽車），它們被稱為xHEV。由于xHEV仍然會從發動機排放二氧化碳，因此人們有動力從xHEV轉向BEV，因為BEV是一種不排放二氧化碳的純電動汽車。

xEV系統趨勢

隨著xHEV向BEV的過渡，系統將發生如上圖所示的變化。由發動機、變速器、逆變器和電機組成的復雜牽引系統合并為一個E-Axle，這是一個集成逆變器、電機和減速器的模塊。此外，由于BEV有更高的功率效率要求，對高效IGBT和SiC MOSFET的需求正在增加，而BEV除了需要逆變器，還需要DC/DC轉換器和車載充電器（OBC），還有一種趨勢被稱為N-in-1或X-in-1，將DC/DC和OBC集成到E-Axle中。

雖然xHEV的小電池已經足夠，但BEV需要一個覆蓋整個底盤的大電池。xHEV中的一個小電池只需要很短的布線長度來監控每個電池，但一個大電池需要大量的布線，所以無線電池監測系統（wireless BMS）應運而生。瑞薩也正在開發基于這些趨勢的解決方案。

瑞薩用于xEV系統的產品

上圖顯示了xEV ECU的配置示意圖。xEV主要由逆變器、DC/DC轉換器、OBC和BMS組成。逆變器、DC/DC轉換器和OBC由一個MCU、一個電源管理IC（PMIC）、柵級驅動器、IGBT和SiC MOSFET等功率器件和位置傳感器組成；BMS由MCU、PMIC、電池監測IC（BMIC）、IPD和BMS組成。無線BMS還需要BLE等無線收發器。

瑞薩擁有所有這些產品，我們可以預測系統趨勢并從系統級別的角度優化我們的解決方案。

逆變器解決方案

BEV需要大量的高性能IGBT和SiC MOSFET。瑞薩正在投資開發新一代的AE5 IGBT，以提高性能。此外，瑞薩還在投資甲府工廠，并將開始批量生產12英寸IGBT。由于E-Axle（電驅集成系統）越來越小，集成度越來越高，價格競爭也越來越激烈，減少BOM是一個重要的課題。瑞薩正在開發一種帶有內置反激式電源的柵極驅動單元（GDU），它將大大減少外部BOM，有助于降低BOM成本和實現小型化。我們還提供感應式位置傳感器（IPS），可以集成到電機中，是E-Axle的理想選擇。與傳統的旋轉變壓器相比，IPS有助于實現更小的尺寸、更輕的重量和更低的成本。對于N-in-1/X-in-1 E-Axle，瑞薩正在開發一種解決方案，用單個MCU控制逆變器、DC/DC轉換器和OBC。

瑞薩將使用這些MCU、PMIC、GDU、IGBT和IPS構建一個逆變器系統，并作為一個交鑰匙解決方案提供給客戶，以幫助客戶縮短開發時間和降低開發成本。此外，我們還在開發N-in-1 E-Axle交鑰匙解決方案，以應對E-Axles和N-in-1/X-in-1集成的趨勢。我們正在用Dyno工作臺和演示車在系統級別上驗證我們的解決方案。

電池監測系統

瑞薩提供一流的高精度的BMIC（在汽車應用所需的電池電壓和溫度范圍內，測量誤差為±2mV或更小）和使用這些BMIC的BMS交鑰匙解決方案。交鑰匙解決方案有助于縮短客戶基于瑞薩產品的開發周期，特別是對新興國家的客戶。對于未來的BMS，我們也在做無線BMS的概念驗證（PoC）。我們正在展示每個多芯電池組配備一個無線收發器的解決方案，以及每個電池配備一個無線收發器的解決方案，這是一個終極無線BMS。瑞薩BLE收發器體積小、功耗低和BOM成本低，有助于提高無線BMS的競爭力。

除了硬件開發工作量的減少，軟件開發工作量的減少也是一個大問題。瑞薩不僅提供逆變器和BMS所需的軟件（C源代碼），同時也提供基于模型設計（MBD）的軟件開發環境。

瑞薩提供的仿真模型包括1）由MCU軟件處理的控制模型，2）模擬和電源產品的模型，3）工廠模型，如電機和電池。客戶可以使用瑞薩的模型，也可以在MATLAB中編輯控制器模型，對其進行修改以實現所需。仿真完成后，用戶可使用MATLAB的Autocode功能自動生成C代碼。MCU的外設、模擬和電源產品部分由瑞薩提供的設備驅動軟件取代，并集成到Autocode生成的C代碼中。瑞薩將Autocode生成的軟件寫入逆變器和BMS參考設計中，然后在Dyno Bench或HILS環境中運行，進行系統級驗證，再作為參考設計提供。

該解決方案通過以下方式大大提高了客戶軟件開發的效率：

1）在早期設計階段實現系統級仿真；

2）消除手工編碼的需要；

3）消除編碼過程中的人為錯誤，從而消除調試和回溯的需要。

瑞薩擁有廣泛的產品組合，包括MCU、模擬和電源，并通過一站式解決方案提案和技術支持，為縮短客戶的開發時間和降低開發成本作出貢獻。

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工程師說 | 瑞薩電子AD/ADAS戰略概述

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