汽车电气化的八大难点，TI有答案！

2020-09-15 14:15:53 德州仪器

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在全球范围内，无论是帮助汽车制造商减轻内燃机负担，抑或是过渡到全电动汽车，我们都需共同努力，重新构想汽车业愿景并减少排放。电气化已被证明是减少排放的较适宜的工具，但随着车辆内电压升高，如图1所示，监测和维护子系统显得格外重要。

图1：从混合动力到电动汽车的路线图

正是基于监测和维护子系统的持续创新发展，混合动力/电动汽车（HEV/EV）的上市时间正在不断提速，同时更大限度地延长驾驶时间并确保乘客安全。但与此同时，关于电池管理系统和牵引逆变器系统中的监测和维护，依然存在一些技术难点。以下便是最为常见的八大问题及TI的建议。

1. 如何增加能量密度和系统效率提高混合动力/电动汽车续航能力？

将相同尺寸的功率输出加倍可大量节约成本，还有助于快速充电。这可通过在高开关频率下操作功率转换器（OBC或快速DC充电器中的PFC级和DCDC）实现，减小磁性元件的尺寸，从而有助于实现高功率密度。对于给定应用，更高的系统效率可带来更低损耗和更小的散热器解决方案。还可降低器件上的热应力，并有助于延长使用寿命。

2. 混合动力/电动汽车如何提供与燃油汽车相同的用户体验？

通过增加每次充电的可用里程，同时减少充电时间，可改善驾驶体验。要实现这些目标，就需在汽车和电网基础设施（充电桩）侧都配备先进的电池管理系统和高效的动力电子设备。
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3. 如何提高HEV/EV电池管理系统的可靠性？
BQ79606A-Q1旨在通过以下功能提高可靠性：

电压监控器、温度监控器和通信功能达到汽车安全完整性ASIL-D级。
即使在通信电缆断开时（limp-home模式），可选的菊花链环形架构也可确保堆栈通信。
无需外部稳压二极管即可实现强大的热插拔性能的设计。

4. 如何解决在低温环境下使用锂离子电池组的不良放电性能？
混合动力/电动汽车的电池组在受控的温度范围内工作，以优化低温下的充放电性能，并确保高温下电池保持在安全工作区域内。为应用适当的热管理策略，有必要在电池/电池组进行精确的电压和温度感测（如BQ79606A-Q1所示）。这些可能需在冷启动条件下进行预热，并在较高温度下进行冷却。
5. 如何监测BMS系统？
通过菊花链配置，可扩展汽车HEV/EV 6s至96s锂离子电池监控演示器参考设计实现了BQ79606A-Q1可为3至300系列、12V至1.2 kV锂离子电池组创建高度精确和可靠的系统设计。该设计可在6至96系列电池监控电路之间扩展，并传达电池电压和温度，以帮助满足ASIL-D级要求。

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6. 在牵引逆变器中使用碳化硅（SiC）或氮化镓（GaN）车载设备有何优势？
SiC功率电路的新进展可帮助设计人员开发更高效、更轻巧和更智能的EV动力系统，如牵引逆变器、车载充电器和快速DC充电站。新型UCC21710-Q1和UCC21732-Q1等器件是TI首款集成了绝缘栅双极晶体管（IGBT）和SiC场效应晶体管感测功能的隔离栅驱极动器，从而提高了系统可靠性并提供了快速检测时间，以防止过流事件发生，同时确保安全关闭系统。
7. 如何防止牵引逆变器过热？
TMP235-Q1可帮助牵引逆变器系统对温度波动做出反应，并以低功耗、小型封装和高准确度应用适当的热管理技术。在电子书“温度监测和维护”中了解设计牵引逆变器时有关温度监控的更多信息。
8. 为何需要温度传感器来确保牵引逆变器系统的可靠性？
温度检测是保证EV性能以及乘客安全的关键参数。而汽车原始设备制造商也会优先考虑温度检测，以让消费者放心：这些新颖的运输方式与内燃机相比更具安全性。
通过应用适当的温度检测技术，精度越高，系统对温度波动迅速做出反应的机率就越大。
设计更快、更智能
据国际能源署预测，到2021年，道路上的电动汽车数量将增加两倍。因此需要更先进的监测和维护。德州仪器持续助力汽车电气化进程，帮助未来汽车实现更高的期望。
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