汽車電氣化的部分關鍵技術及ST的解決方案

付志凱

1 汽車電氣化的趨勢和挑戰

汽車市場中與電氣化相關的應用是減少交通碳排放影響的關鍵因素。

中國領導人在2020年9月提出中國要在2030年碳達峰，2060年實現碳中和的目標。為了實現碳中和，減少能源使用中的碳排放是其中的重要一環。電能是清潔、高效的能源品種，用電能作為主要的能源消耗可以大幅減少碳排放。同時也要發展低排放的清潔能源作為主要發電的能源。中國交通運輸行業碳排放占比達10%，而公路運輸占其中的74%，主要來自燃油車的排放。因此，發展電動汽車并逐漸從燃油車過渡到電動汽車對減少碳排放具有必要性。

意法半導體（ST）作為全球領先的汽車芯片供應商，深耕汽車電氣化領域多年，針對汽車電氣化的核心部件——牽引逆變器（traction inverter）、電池管理系統（BMS）、整車控制器（VCU）、車載充電器（OBC）、DC-DC轉換器，都有相應的產品及整體解決方案。

2 ST的解決方案

提高效率和功率密度是電動汽車的主要趨勢之一，主要集中在對牽引逆變器的改進上。目前市面上大部分逆變器都是采用IGBT，也有一些已經在向SiC過渡。相比IGBT，SiC在耐壓、能源損耗、熱導率上有明顯優勢。據某車廠測算，SiC逆變器的高效率可以使整車續航里程增加5%～10%。ST在汽車SiC領域是行業的領導者。此外，ST還提供整套具備功能安全的SiC逆變器系統解決方案，產品包括有3個主頻200 MHz高性能核的MCU SPC58NN，兼容IGBT/SiC且支持功能安全的汽車級大電流驅動芯片L9502E等。SiC逆變器當前最大的挑戰是成本，但是隨著應用越來越多，成本將不會是一個問題。

BMS的趨勢是高精度、高可靠性。ST針對BMS專門研發的模擬前端芯片（AFE）L9963E具有強大的功能。它具備0 μs同步采樣，內置14個獨立ADC。多個L9963E可以采用菊花鏈連接方式，通過變壓器隔離接口與一個主處理器進行通信，L9963E還支持內部均衡同時開啟等功能。

無線BMS也將是一個趨勢，無線技術可以省去很多整車線束，有效降低BoM（物料清單）、制造和里程成本。不過大多數的無線BMS還處于早期的技術研究階段，需要考慮EMC、通信帶寬、安全性等問題。

隨著整車的電子化程度提高，電子電器架構由數十個電子控制單元（ECU）逐步向幾個域控制器發展。采用域控制器的架構可以簡化整車錯綜復雜的線束，解決低效的控制邏輯且具有可拓展性。在這方面，ST的高集成度且支持功能安全的MCU Stellar系列是一個范例，其首批樣品已交付主要客戶。該MCU內置Arm？ Cortex？-R52多核處理器，具有硬件虛擬化功能和專用硬件加速器核，且集成非易失性相變存儲器（PCM）。