TI 新能源汽车电机解决方案 - A

大家下午好 自我介绍一下 我是Sam Zhang 是负责武汉 湖南湖北这边EP的技术支持 包括我们的c2000 430 还有我们的无线等等一些技术支持 很高兴今天能在这跟大家一起分享我们TI 在新能源方面 尤其是电机这方面的解决方案 首先我们开始电机的解决方案 其实新能源的汽车 最近 近些年会越来越火 不管是政府的政策支持还是市场的需求 所以会有越来越多的客户 在做新能源汽车方面的一些产品研发 包括几个主要大块 一个就是电机 另外一个就是电池bms这一块 首先我们来看TI在电机解决方案这块 其实 讲到电机大家可能 如果大家对电机或者电机驱动比较熟悉或者做过的话 讲到电机大家可能就会想到是我们TI c2000的一个dspa解决方案 然后首先是我们这个TI在汽车上面整体的一些方案 简单来讲 TI在汽车上面的话 我们有几个方面是我们的一些优势 首先就是safer 安全这块儿 因为现在汽车 可能大家 也比较关系汽车上面的功能安全 包括我们的一些ISO26262 61508的一些安全等级认证等等 所以会涉及到功能安全的部分 那我们TI在功能安全这块 现在除了我们已有的就是传统的做功能安全的 tms570的一个平台以外的话 后面我会讲到c2000 在功能安全这一块 我们也有一些新的东西 也有一些新的方案给大家 所以这个是Safer这块 包括我们其他的除了 主电机驱动的这块 我们的其他跟电机相关的 比如说我们的eps等等 我们也会有完整的解决方案 第二个就是这个 Greenery或者叫节能 这块的话 其实主要是针对我们的 新能源汽车 或者叫电动汽车这块儿 因为国内可能还没有相关的法律法规出台 其实国外的话 包括欧洲那边 针对汽车的排放有一套严格标准的 比如说从05年开始 欧洲对汽车的二氧化碳排放量 就已经有严格的标准 要在130g/km以内 折算成油耗大概就是5.6升每一百公里左右 所以这个标准还是比较高的 而且到2020年以后 我们的排放标准会进一步要求严格 会到100g二氧化碳每公里以内 那个时候 对汽车整个的能耗的要求就非常高 所以这个时候如果用传统的 内燃机或者汽油机这种驱动的话 可能很难到达这种功耗或者排放的标准 所以新能源汽车也是一个趋势 后面会讲到新能源具体的一些方案 最后就是Make More Fun 这个就是 infotainment 这个之前也讲到一些 包括我们汽车上的一些显示屏 电脑 或者是无线连接 等等我们也有一些完整的解决方案 OK 其实我们TI的话 产品比较多 所以在这些 新能源汽车上面的一些 一些固定的部分 我们都会有方案 比如说eps eps的话 我们现在 其实很多国内厂商的eps方案 主要是基于我们TI 的方案 包括我们下一代的基于功能安全的eps方案 其实我们TI也会 很多客户也都是基于我们的570的方案 那我们今天主要是 第一个section主要focus在 这个EV/HEV 包括一些电机驱动等等 这个是一个简单的介绍刚才讲过的就是 电动车或者是混合动力车的话 也会慢慢成我们的一个趋势 举个简单例子 比如说我们 现在的话 国内 很多电动车 他们的电机驱动 包括汽车上面的 一些电源（听不清）charge或者是一些车身的辅助电源 DC/DC DC/AC甚至AC/DC等等 里面都会用到我们TI的方案 举个简单例子 比如说我们的特斯拉 特斯拉 大家知道 就是纯电动车 那纯电动车 我们内部有个数据 叫做 一整排特斯拉身上 把它拆解开 大概用到了十几片二十片左右的c2000 c2000我们的dsp 那它就是分别来做 比如说电机驱动 比如说电源 比如说 甚至是车身的一些电源控制 电源驱动等等 都是用我们c2000的方案 然后电动车或者是混合电动车的话 发展过来已经有很多不一样的结构 比如说首先这个是 micro hybrid 这个从严格意义上来讲不能叫做新能源电动车 或者是混合动力车 因为它只是加了一个启停的控制 或者是加了一些刹车的能源反馈等等 所以它并不能算是真正意义上的电动车或者混合动力车 到后面这种轻微的 混合动力车的话 像我们国内量产的大部分的 动力车可能属于这一种 上面主动力还是我们的汽油机 上面会有一个小的电机 还有一个小的电池包 这个电机主要是在起步或者加速的过程中 提供额外的转矩 因为电机的话转矩输出可能会比较大 响应会比较快所以 这是一种方式 一个小的电机来做加速或者输出转矩 另外还有一种全混动式的 他就是我们烧汽油的 内燃机和我们的电机都可以完全提供汽车的动力 这个时候就需要更大的电池包 和更大功率的电机 还有一种是所谓的插电混合式 这两个的主要区别就是 插电式电动车的话 电池的充电可以直接插到我们的电网上面去 插到电网上面去充电 这种电动车主要是由我们 发动机工作的时候给电池充电 这是一个主要区别 还有就是纯电动车 比如说特斯拉等等 纯电动车100%由电动机来提供动力 所以它的电池比较大 其实所有不同种类的电动车或者混合动力车也好 共同的特点就是 里面会需要用到我们的 电机控制 包括我们一些电源方案 举个例子 这个是我们沃尔沃的 XC90 T8的一个混合动力车 前面这个是我们的 汽油机 后面是电动机 中间是电池 后面是电动机的一些驱动 这个是我们的电机 这个是电机这个是电瓶器或者驱动器 它上面接的是一个最大功率六十千瓦 最大扭矩240牛米 最大转速13000转的一个同步电机 这个逆变器的话 或者是变逆器它功能范围270V—420V 一个高压的驱动器 最大peak电流是430Ams 10s 这个是来自西门子的（听不清）的电机驱动器 这个是沃尔沃车上的一个具体案例 这个电机的话 有不同的种类有的用同步机 有的用异步机 这个同步机的话 就是首先成本会高一些 因为里面有永磁体 大家如果对电极臂了解的话 可能就比较清楚 但是它最大的好处 就是他的功率密度比较大 所以同等功率情况下它的体积会做得小 这个优势在电动车上就会比较重要 车身上面你要布置电机 布置电池 还有布置一些线路布置你的驱动器等等 所以如果电机的体积小的话 它会有很大的优势 那异步机的话也有一些用 一个例子就是特斯拉 特斯拉上面用的主驱动电机就是异步机 异步机的话功率密度虽然小一点 但是成本低一些 更可靠一些 这个是刚才的电机和驱动器的一个例子 里面用的是一个永磁同步电机 是集成一个旋变 旋转变压机或者旋转变压器 用来做速度反馈 然后这个是控制器的话 也是分控制板 电源板 igbt模块 还有我们的底下的一些铝合金的外壳等等 其中控制板上面 用的就是TI的方案来做的电机控制 然后的话 下面就简单介绍一下Traction 就是电机的牵引力电机驱动的一些基本的框图 其实这个框图的话 跟我们普通的或者标准的电机驱动框图是比较类似的 前面是一些电池组或电池包 这个从不同的电压等级 不同的用途 有48V甚至到最高的200V 400V等等 都有 电池包 然后这个是高压的继电器 这个可以断开电池包 保护后面的一些电路 然后主的驱动控制部分的话 一般分几个部分 一个是cold side cold side主要包括一些驱动的mcu 比如说c2000 来做一些数字信号处理 做一些电机控制的电机的一些闭环控制 速度环 电流环的一些控制等等 还有safely logic 这个的话 就是电动车上 现在对功能安全越来越高 所以我们会在传统的电机控制上 我们会有一些safely logic的一些电路在里面 这一块的话 主要是 会做一些模块的一些监控 比如说一些电源模块的监控 电源模块的诊断 比如说我们的igbt模块的一些 温度啊或者是监控诊断 或者是我们mcu本身的 控制算法 控制回路的一些监控 诊断等等 这个也是为了满足一些功能安全的需求 然后就是interfaces一些接口 这个在汽车上主要就是 can或者是lin 或者是我们的 flexray flexray 在我们现在宝马 甚至包括很多欧洲车厂现在也越来越多的 OEM厂商对flexray也有一些要求 然后是hot side hot side的话就包括我们的igbt的driver 以及我们电压 电流的一些采集等等 然后是igbt的模块 这是我们的电机 这个是我们跟这个ecu中间的接口 包括can或者是flexray等等 我们c2000上面目前是没有flexray的 但是在我们功能安全的平台tms570上面是支持flexray 所以这个就是我们一个整个电机驱动的框图 其实看起来跟我们传统的电机驱动可能区别不大 后面的话 就是几个具体的模块给大家简单过一下 一个是igbt的驱动 我们一般的话会需要提供几路15V和-9V的一个电源 去对igbt进行驱动 我们一般至少1234 四路 隔离的igbt专属的驱动电压 拿着一块的话 我们 用不同的flyback flybockPush-Pull 这个过程都有 这个是我们一个基本的一个原理 然后是电流电压的采样 我们 电流电压的采样在电机控制里面还是比较重要的一部分 针对电流和电压的采样的话 我们一般会有不同的方式 比如说 首先一个是采母线电压 母线电压的话 先做电阻进行分压 然后用一个隔离的运放 对它进行调理 输出的模拟量进我们的mcu 或者是进外接ADC的 ADC采样的ADC新芯片 然后再传到我们的mcu里面去 做一个母线电压的监控 我们TI在这块的话 有amc1200 q one汽车级的一个运放 这个现在目前在我们武汉很多客户那边 也已经开始用了 然后是电流的采样 电流采样的话 其实 有不同的方式 首先一个是采样的位置和采样的方式 有的是在象限或者是高边进行采样 还有种方式是在低边上进行采样 一般的像 在我们大功率一点的电机控制里面 我们都用这种 相电压电阻采样的方式 那这个电阻得到的电压 我们有几种方式 一种是电阻 然后通过我们的固定增益的隔离运放 经过我们的外面的调理电路 模拟信号输入到c2000的ADC上面去 做一个隔离的采样 因为这边是刚讲的是我们的hot side 这边到mcu是我们的cold side 所以中间有一个隔离 这个是我们amc1200的一个方案 那其实我们目前还有最新的一种方案是 我们的模拟时间采样输出的是数字信号 数字信号通过数字隔离 再传到我们cold side MCU里面去 就一颗芯片直接完成模拟量到数字量的转换 它里面集成了Sigma Delta的一个模块 输出的是比特流 然后再通过我们的数字隔离就可以传到我们mcu里面去 再配合我们现在最新的c2000上面有集成的 Sigma Delta 调制器 可以直接做更高精度的 抗干扰更小的一种采样 因为像我们这种采样运放采样的话 从采样端 中间经过调解电路 还有隔离还有再传到mcu内部去的话 中间会有很多干扰源的引入 而这个电流采样的精度 和稳定性其实对我们电机控制影响非常大 所以如果这边直接是一个模拟转数字的采样方式的话 会更好一些 那边也是我们amc13xx系列的产品 大家有兴趣可以了解一下 还有一种方式就是我们的后轮采样 这个后轮采样的话 大家都知道，它cost比较高 但是它整个功耗会比较低 其实目前工业上大部分的大功率的 变频驱动都用的这种采样方式 这个主要看我们的一些具体需求