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电动汽车动力总成重量和里程焦虑如何解?电源也需要分布式架构

来源:爱集微

#TI#

#电动汽车#

09-28 15:15

集微网报道,“电动汽车目前需要解决的最大问题之一是重量问题,一辆电动汽车可能要比传统车重30%-35%。”德州仪器(TI)汽车系统工程与市场营销部门总监Ryan Manack9月28日在一场媒体发布会上对集微网指出,这其中电动汽车的动力总成系统在整车重量中占比最大,这就意味着需要更多能耗,同时也增加车身重量。随着电动汽车的蓬勃发展,汽车设计工程师们一大努力的方向就是不断努力提高效率和可靠性,并降低电动汽车动力总成系统的重量。

德州仪器今日全新推出了一款尺寸更小、精度更高1.5W隔离式直流/直流偏置电源模块UCC14240-Q1,使用专有集成变压器技术,可帮助设计人员将电源解决方案的尺寸减小一半,以便用于电动汽车、混合动力汽车、电机驱动系统和并网逆变器等高压环境。

分布式电源架构:更小更可靠的系统 更长的行驶里程

随着越来越多的混合动力汽车 (HEV) 和电动汽车 (EV) 在路上行驶,汽车制造商正在提高车辆动力系统的电气化程度。受全球限制二氧化碳排放法规的推动,Strategy Analytics 预测,电动汽车销量每年以 20% 至 25% 的速度增长,麦肯锡则预计到 2030 年将占汽车总销量的20%至25%。此外,随着消费者对电动汽车接受度的提高,也开始进一步对性能更好、行驶里程更长的节能、可靠和紧凑型动力总成系统的更大需求。

集微网了解到,为实现更小、更可靠的系统以延长行驶里程,TI的工程师改为使用分布式电源架构,在这种架构方案中,隔离式栅极驱动器配有专用的偏置电源,因此可以提高系统对单点故障的反应能力。例如,如果其中一个偏置电源失效,其他偏置电源及其配套的栅极驱动器仍可正常运行,有助于使汽车在道路上安全行驶。

Ryan解释,在电动汽车传统的集中式电源架构中,是使用一个中央变压器和一个偏置控制器来为所有栅极驱动器生成偏置电压。集中式架构成本较低,因而被广泛采用,但这种架构可能难以管理故障和调节电压,而且布局具有挑战性。此外,这样的集中式架构也容易受到更多噪音的影响,并且一个系统区域内的元件又高又重。

混合动力电动汽车/电动汽车牵引逆变器中的集中式架构,来源:TI

Ryan特别指出,随着可靠性和安全性成为重中之重,集中式架构的电源缺乏冗余,如果偏置电源中的单个元件出现故障,则可能导致大型系统故障。而这一点上,分布式架构可以有效规避电源故障,从而打造更可靠的系统。

使用UCC14240-Q1的电动/混动汽车牵引逆变器中的分布式架构,来源:TI

SiC、GaN半导体器件:汽车市场的颠覆性技术

电动汽车未来会向更高的可靠性和更远的行驶距离迈进。改用分布式电源架构大大提高了在隔离式高压环境中的可靠性,但面临的挑战是额外的元件会导致对重量和尺寸的要求更高。因而通过高度集成的电源解决方案可以节省系统级空间并实现轻量化的需求正在不断显现。

而上述需求的满足都有赖于电力电子技术不断进步。包括电源架构的创新及其相关的隔离式栅极驱动器和偏置电源。

Ryan还指出,电动汽车需要高标准的可靠性和安全性,而这种要求会渗透到各个功率转换电子设备上。这对于每一个元器件都提出更严苛的要求。而随着这些电动汽车电源系统对功率的要求越来越高,是时候考虑使用碳化硅和氮化镓电源开关来实现更小、更高效的电源了。

动力电子对功率密度要求方面起着至关重要的作用,动力电子产品中的功率半导体器件必须具有:较低的功率损耗、高频运行、较高的结温、高电压运行、增强的热耗散等几个属性,

与传统硅基电源开关,如大功率硅金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 和绝缘栅双极晶体管 (IGBT))相比,应用先进的高电压器件,如为电源开关使用 SiC 和 GaN 的宽禁带半导体可使混合动力汽车/电动汽车实现更高的效率。而以SiC 、GaN为代表的宽禁带半导体(即第三代半导体)也有望成为汽车市场的颠覆性技术。

此次TI新推出的UCC14240-Q1具有尺寸和效率方面的优势,可实现更高的功率密度和系统效率,使汽车在每次充电后行驶更远的里程。在105°C的环境温度下,UCC14240-Q1的功率超过1.5W,支持工程师在高频率下驱动绝缘栅双极晶体管 (IGBT)、碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 开关。

据了解,已有几家汽车制造商已经在其混合动力汽车/电动汽车动力总成设计中加入了宽禁带解决方案,以实现更大的马力和更高的效率以及更高的电池电压。(校对/Jimmy)

责编: Aki

Carrie

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作者简介

集微网IC频道副主编,关注人工智能、智能制造、智驾及AIoT产业链。

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