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汽車電氣化的八大難點，TI有答案！

2020-09-15 14:15:53 德州儀器

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在全球范圍內，無論是幫助汽車制造商減輕內燃機負擔，抑或是過渡到全電動汽車，我們都需共同努力，重新構想汽車業愿景并減少排放。電氣化已被證明是減少排放的較適宜的工具，但隨著車輛內電壓升高，如圖1所示，監測和維護子系統顯得格外重要。

圖1：從混合動力到電動汽車的路線圖

正是基于監測和維護子系統的持續創新發展，混合動力/電動汽車（HEV/EV）的上市時間正在不斷提速，同時更大限度地延長駕駛時間并確保乘客安全。但與此同時，關于電池管理系統和牽引逆變器系統中的監測和維護，依然存在一些技術難點。以下便是最為常見的八大問題及TI的建議。

1. 如何增加能量密度和系統效率提高混合動力/電動汽車續航能力？

將相同尺寸的功率輸出加倍可大量節約成本，還有助于快速充電。這可通過在高開關頻率下操作功率轉換器（OBC或快速DC充電器中的PFC級和DCDC）實現，減小磁性元件的尺寸，從而有助于實現高功率密度。對于給定應用，更高的系統效率可帶來更低損耗和更小的散熱器解決方案。還可降低器件上的熱應力，并有助于延長使用壽命。

2. 混合動力/電動汽車如何提供與燃油汽車相同的用戶體驗？

通過增加每次充電的可用里程，同時減少充電時間，可改善駕駛體驗。要實現這些目標，就需在汽車和電網基礎設施（充電樁）側都配備先進的電池管理系統和高效的動力電子設備。
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3. 如何提高HEV/EV電池管理系統的可靠性？
BQ79606A-Q1旨在通過以下功能提高可靠性：

電壓監控器、溫度監控器和通信功能達到汽車安全完整性ASIL-D級。
即使在通信電纜斷開時（limp-home模式），可選的菊花鏈環形架構也可確保堆棧通信。
無需外部穩壓二極管即可實現強大的熱插拔性能的設計。

4. 如何解決在低溫環境下使用鋰離子電池組的不良放電性能？
混合動力/電動汽車的電池組在受控的溫度范圍內工作，以優化低溫下的充放電性能，并確保高溫下電池保持在安全工作區域內。為應用適當的熱管理策略，有必要在電池/電池組進行精確的電壓和溫度感測（如BQ79606A-Q1所示）。這些可能需在冷啟動條件下進行預熱，并在較高溫度下進行冷卻。
5. 如何監測BMS系統？
通過菊花鏈配置，可擴展汽車HEV/EV 6s至96s鋰離子電池監控演示器參考設計實現了BQ79606A-Q1可為3至300系列、12V至1.2 kV鋰離子電池組創建高度精確和可靠的系統設計。該設計可在6至96系列電池監控電路之間擴展，并傳達電池電壓和溫度，以幫助滿足ASIL-D級要求。

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6. 在牽引逆變器中使用碳化硅（SiC）或氮化鎵（GaN）車載設備有何優勢？
SiC功率電路的新進展可幫助設計人員開發更高效、更輕巧和更智能的EV動力系統，如牽引逆變器、車載充電器和快速DC充電站。新型UCC21710-Q1和UCC21732-Q1等器件是TI首款集成了絕緣柵雙極晶體管（IGBT）和SiC場效應晶體管感測功能的隔離柵驅極動器，從而提高了系統可靠性并提供了快速檢測時間，以防止過流事件發生，同時確保安全關閉系統。
7. 如何防止牽引逆變器過熱？
TMP235-Q1可幫助牽引逆變器系統對溫度波動做出反應，并以低功耗、小型封裝和高準確度應用適當的熱管理技術。在電子書“溫度監測和維護”中了解設計牽引逆變器時有關溫度監控的更多信息。
8. 為何需要溫度傳感器來確保牽引逆變器系統的可靠性？
溫度檢測是保證EV性能以及乘客安全的關鍵參數。而汽車原始設備制造商也會優先考慮溫度檢測，以讓消費者放心：這些新穎的運輸方式與內燃機相比更具安全性。
通過應用適當的溫度檢測技術，精度越高，系統對溫度波動迅速做出反應的機率就越大。
設計更快、更智能
據國際能源署預測，到2021年，道路上的電動汽車數量將增加兩倍。因此需要更先進的監測和維護。德州儀器持續助力汽車電氣化進程，幫助未來汽車實現更高的期望。
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