德州儀器動力傳動系統整合解決方案協助提升電動車性能並降低成本

目前全球各大車廠都在積極發展電動車，然而許多設計讓成本無法有效降低，德州儀器發展許多相關的產品，讓傳動系統可以有效整合並縮小體積，降低電動車的成本。



在追求環保的潮流之下，電動交通工具成了許多廠商發展的重要目標，其中電動車更是許多傳統汽車與新創公司的目標之一。在電動車還可分為純電動車、混合動力、輕混合等不同種類，除了純動電車之外，都是運用燃油引擎搭配馬達而來，只是運用方式與功率不同。

目前市場已經有不少款電動車問市，高性能純電動車都屬於高階車款，售價也高。根據統計，目前一台電動車的平均生產成本，比一台傳統燃油汽車高出 12,000美元。汽車業者在致力符合各國碳排放法規的同時，也必須讓電動車的價格更實惠，才能刺激消費者換購混合動力或電動車。


TI擁有電動車傳動系統整合方案以提高性能並降低成本

在電動車設計時，想要提升效能與可靠度、增加續航里程，同時又要降低動力傳動系統的成本，是十分艱鉅的挑戰。由於動力傳動系統占一台電動車成本比重極高，動力傳動系統整合便能成為解決方案的關鍵之一。


電動車的傳動系統由多個子系統組成

現行混合動力車與電動車的動力傳動系統由多個子系統組成，以驅動車輛移動，整個系統包含電池、DC/DC 直流對直流轉換器、車載充電器與牽引逆變器等，各安置在不同位置。隨著類比與嵌入式處理技術持續發展，設計人員現在能透過單一區域控制器與功率級，將這些系統進一步整合，不只有助提高效能與可靠度、降低成本，更能滿足車輛功能性安全需求。


TI 擁有不同產品協助整合傳動系統


傳統與整合架構的比較

若能將動力傳動系統整合至單一且精巧的機械箱體內，改善電動車動力傳動架構後，生產客戶能省下 50%的系統設計成本，同時達到功率密度最大化、提高效能、優化可靠度，提升電動車價格競爭力。此外，還能簡化設計與組裝流程，而節省額外包材、冗餘硬體，便能大幅減少系統重量與體積。


運用氮化鎵等半導體技術可提升電力效率

重量對車輛的性能影響很大，當傳統系統整合而減輕重量時，就能提升整體性能，也能讓電池的續航力變長。當然，透過提高功率密度來改善效能的創新技術也非常重要。採用車用氮化鎵（GaN）技術等新科技的電動車能以更高的效率運作、減少熱能損耗而提升續航力。整合後需要的散熱零組件也相對減少，也能降低成本。

氮化鎵材料製作的寬能隙開關，加上更好的高速閘極驅動器，未來可望改變整個產業，因為這種組合能減少磁性元件體積60%，降低整體重量與成本。


使用TI的微控制器等產品可簡化散熱提升電動車可靠度與性能

能夠處理複雜電源轉換需求的即時微控制器(MCU)，是實現整合式動力傳動架構的關鍵。TI C2000 MCU具有超低延遲的優點，擁有高達 1 至 2MHz的切換頻率，只需要較小的電感器、電容器等外部零組件即可。

有即時感測功能加上更高的控制環路切換頻率，可將牽引馬達的轉速提升到 20,000 RPM，如此馬達體積能縮小三分之一以上，性能卻比過去轉速最高只有10,000 RPM提升許多。


運用氮化鎵/碳化矽等技術產品可將傳動系統成本與尺寸降低一半

整合式動力傳動架構配備單一場域即時微控制器後，系統能有效處理分散於不同系統、多個微控制器的工作。在高度整合的設計中，即時微控制器能同時擁有數位電源與馬達控制功能，在提升效能的同時節省寶貴的空間。

無論是電動車或傳統燃油車，系統可靠度都非常重要。在整合式動力傳動系統架構中，因可能故障的零件較少，可靠度更高。整合式系統本身雖然具備多項優勢，但要確保電動車高壓電池系統的可靠度，仍需要穩健的保護功能與最佳化的散熱。


產品可符合 ISO 26262 ASIL D 標準

設計人員能透過絕緣技術解決這類難題，採用專為嚴苛駕駛環境設計、經過性能檢測的絕緣式閘極驅動器與調變器。整合式診斷也是保障安全的重要關鍵，而且有助動力傳動系統符合 ASIL-D 車輛安全完整性規範。這項認證不只是道路車輛功能安全的最高級別，也是電動車製造業者面臨的主要挑戰。

電動車市場正在快速成長，目前全球約 560萬輛電動車，估計至2025年電動車將占全球汽車總銷量的30%。整合式動力傳動系統已經研究證實能提高功率密度40%至50%，且能大幅降低設計體積、重量，同時提升可靠度，勢必成為加速電動車市場成長的一大助力。