編者按：不久前，全球電子分銷商儒卓力 (Rutronik)正式對外發(fā)布了其為面向電動汽車的混合能源存儲系統(tǒng)功率管理最新解決方案，在Rutronik的電源管理產(chǎn)品組合中，涵蓋了一系列電子器件、底盤和車身電子、引擎控制單元(ECU)、驅(qū)動鏈電子、乘客舒適、信息娛樂系統(tǒng)和電動車(eMobility)等。日前，筆者專訪了Rutronik 戰(zhàn)略營銷與傳播總監(jiān)Andreas Mangler先生，他詳細(xì)地介紹了公司在汽車功率管理系統(tǒng)領(lǐng)域的策略。

目前，儒卓力在中國市場收入的60%來自于汽車市場，這構(gòu)建了儒卓力在中國地區(qū)的品牌地位。在中國市場，儒卓力正在助力推動一系列包括安全特性在內(nèi)的汽車應(yīng)用創(chuàng)新，這涵蓋了一系列電子器件、底盤和車身電子、引擎控制單元(ECU)、驅(qū)動鏈電子、乘客舒適、信息娛樂系統(tǒng)和電動車(eMobility)等。

儒卓力在中國汽車行業(yè)的主要目標(biāo)市場包括安全特性和系統(tǒng)日益成為強制性要求的自動駕駛汽車、車輛無線充電、創(chuàng)新驅(qū)動解決方案等領(lǐng)域，以及電動汽車技術(shù)。

記者：請詳細(xì)介紹下貴公司創(chuàng)新的電源解決方案，都包括哪些重要的組件和半導(dǎo)體產(chǎn)品，這些產(chǎn)品組織在一起是如何發(fā)揮更大效率的？

Andreas Mangler：我們與茨維考應(yīng)用科技大學(xué)一起開發(fā)了混合能源存儲系統(tǒng)(HESS)這一解決方案。通過HESS，我們將鋰離子電池的特性與超級電容(Ultra-caps)相結(jié)合。目的是使電池在其“舒適區(qū)域”內(nèi)運行，從而能夠顯著延長其使用壽命，甚至能夠?qū)⑹褂脡勖?。其背后的特點是一個基于標(biāo)準(zhǔn)微控制器的完全數(shù)字控制系統(tǒng)。通過這個數(shù)字控制系統(tǒng)，我們實現(xiàn)了具有超快速控制電路的單向直流-直流轉(zhuǎn)換器。該系統(tǒng)解決方案的優(yōu)點是我們可以在各種應(yīng)用中對電池進(jìn)行“保護(hù)運行”。

關(guān)于我們的HESS電源解決方案的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最重要的一步是對我們進(jìn)行研究的混合儲能系統(tǒng)的科學(xué)分析。

根據(jù)分析結(jié)果， 我們決定使用一個基于三星鋰電池和Nesscap/Maxwell超級電容的組合、帶有受控旁路二極管的單向直流-直流轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)基于完全數(shù)字控制的系統(tǒng)，在此我們使用了具有超快速和非常高分辨率PWM調(diào)制器的微控制器。這是任何數(shù)字實時控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)和最重要的硬件特性。固件是在整個控制系統(tǒng)的VHDL-AMS仿真的基礎(chǔ)上開發(fā)的。對于降壓-升壓拓?fù)?，我們使用最快的MOSFET(來自英飛凌)及其同樣非?？斓腗OSFET驅(qū)動器，當(dāng)然，相應(yīng)地也使用精確的Vishay分流器，其傳感器信號處理用于電流傳感器到微控制器的模擬/數(shù)字信號轉(zhuǎn)換。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有降壓-升壓功能，但是在超級電容深度或完全放電的情況下，或者當(dāng)超級電容電壓低于鋰電池的電壓時，我們可以通過由MOSFET來實現(xiàn)的受控旁路二極管，將負(fù)載直接接到鋰電池。因此，系統(tǒng)在超級電容完全放電時也可以照常運行。

記者：區(qū)別于其他新能源汽車電源管理方案，貴公司的方案優(yōu)勢與創(chuàng)新性在哪里？

Andreas Mangler：該方案的創(chuàng)新之處在于將非?？斓慕祲?升壓轉(zhuǎn)換器和擁有與模擬系統(tǒng)不相上下的控制特性的數(shù)字電源管理系統(tǒng)相結(jié)合。

一方面，我們此次研發(fā)結(jié)果的關(guān)鍵特性之一就是從降壓到升壓模式的超快速切換，這對于許多電源管理系統(tǒng)來說都并不容易做到。另一方面，除了降壓-升壓功能之外，實現(xiàn)了連接到負(fù)載的超級電容和鋰電池兩個儲能裝置之間的超快速切換。 在這兩個核心要素上，其切換速度之快在當(dāng)前的工業(yè)應(yīng)用中無可匹敵。

HESS在兩個不同能量存儲器之間使用高度創(chuàng)新的新型開關(guān)邏輯，并通過在我們看來獨一無二的超快速數(shù)字控制而具有了可擴展性。

記者：作為一家分銷商，請問貴公司的電源解決方案的技術(shù)來源是哪里？比如是否是收購了其他技術(shù)公司？還是通過與其他技術(shù)公司合作取得的？

Andreas Mangler：Rutronik的商業(yè)模式的確是電子元器件分銷商，我們靠銷售元器件維持公司的運營，但同時我們也與大學(xué)和其它研究機構(gòu)進(jìn)行密切的合作。

近年來，我們的工程師和應(yīng)屆畢業(yè)生已經(jīng)與大學(xué)合作撰寫70多篇科研項目論文、學(xué)士學(xué)位和碩士學(xué)位論文。在與雙元制學(xué)院、應(yīng)用技術(shù)大學(xué)和綜合大學(xué)的合作中，我們充分利用了這些院校的資源以及我們的內(nèi)部資源，即我們自己培養(yǎng)的學(xué)生。我們非常自豪能夠從自己的隊伍中填補年輕的科研人員，這也是我們?nèi)耸聭?zhàn)略的一部分。在國際上，我們還通過贊助實驗室用的材料來支持大學(xué)的研究工作。我們用這種技術(shù)轉(zhuǎn)讓來擴大我們的專業(yè)知識，因而目前并不計劃收購任何技術(shù)公司。我們的目標(biāo)是與工程領(lǐng)域的客戶及各行業(yè)領(lǐng)域的終端客戶合作， 并平等地為客戶提供知識和元器件。

我們的FAE團(tuán)隊支持向我們購買元器件的每一個客戶。終端應(yīng)用則必須由客戶自己開發(fā)。

記者：目前，這一創(chuàng)新電源解決方案是否已經(jīng)經(jīng)過了用戶的認(rèn)證以及使用評估？

Andreas Mangler：有些客戶已經(jīng)認(rèn)識到了電源解決方案的優(yōu)勢，以及通過它們可以實現(xiàn)什么。該系統(tǒng)通過在“保護(hù)模式”中運行電池來降低電池管理的風(fēng)險，甚至可以將電池的使用壽命提高一倍。 然而，并不是每種商業(yè)模式都需要延長電池使用壽命，像移動終端或智能手機這樣每一年或兩年就要銷售一款新產(chǎn)品的細(xì)分市場對維持四到五年的電池壽命就不太感興趣，而醫(yī)療技術(shù)或?qū)I(yè)電動工具則不同，必須保證其電源的可用性。

記者：創(chuàng)新的電源解決方案在成本和效益方面是如何做到平衡的？

Andreas Mangler：就效率而言：通過完善和可擴展的控制算法，我們實現(xiàn)了極高的系統(tǒng)效率。在滿載的情況下，MOSFET和驅(qū)動器的溫度在40°C左右，僅通過一個簡單的雙層布局，且完全沒有散熱裝置。通過硬件驅(qū)動器和MOSFET之間的優(yōu)化協(xié)調(diào)，我們實現(xiàn)了非常高的系統(tǒng)效率。這最終導(dǎo)致運行安全性更高，并且得益于熱損耗低，也增加了整個系統(tǒng)的可靠性。這當(dāng)然花費不少，因為得同時用兩個儲能裝置：超級電容和鋰電池。

但同時，也有可能減少系統(tǒng)中的電池數(shù)量。我們必須在成本/能量平衡中考量這一點：在應(yīng)用中要使用多少超級電容和鋰電池？另一方面，我們有一個可擴展的中央微控制器，也就是說，我們只需要選擇正確的MOSFET電流和電壓等級，其它的使用標(biāo)準(zhǔn)選項即可。這一點最終在整體成本考核時，也是需要考慮的：由于只需要對功能部件和軟件進(jìn)行更改，系統(tǒng)的任何擴展都會更容易。這樣，我們能實現(xiàn)靈活性和可適性。就成本而言，這當(dāng)然必須要符合用戶的商業(yè)模式，也就是說，用戶需要延長一倍的電池壽命。

只有在需要解決可靠性、使用壽命長、魯棒性和高效率需求的地方使用該系統(tǒng)，才值得投入這樣的高成本。

記者：請您預(yù)測下電源解決方案這塊業(yè)務(wù)在未來可以做到什么樣的規(guī)模？會在整體業(yè)務(wù)中占有多大比重？

Andreas Mangler：由于歷史沿革的原因，電源領(lǐng)域一直在Rutronik的業(yè)務(wù)范圍里發(fā)揮著非常重要的作用。尤其是在功率MOSFET、IGBT以及將來在GaN和SiC產(chǎn)品方面，我們都始終處于最前沿。我們也很高興能夠與英飛凌和羅姆等主要廠商合作。英飛凌不僅在功率MOS領(lǐng)域，而且在新電源技術(shù)的投資方面，都是技術(shù)領(lǐng)先的供應(yīng)商之一。英飛凌在此領(lǐng)域一直起著領(lǐng)軍作用。此外，他們還供應(yīng)為此提供精確控制的MOSFET和IGBT驅(qū)動器。這里，我想提及英飛凌XMC-4500微控制器系列，得益于其超快速、高分辨率的PWM調(diào)制器，非常適用于數(shù)字電源和電機控制。對混合儲能系統(tǒng)的一般要求是，微控制器能夠進(jìn)行實時處理，并且PWM調(diào)制器能夠提供一個快速系統(tǒng)所需的分辨率和精度。這也適用于電機控制領(lǐng)域、電源管理或降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

在這一點上，我們通過在亞洲的授權(quán)合作伙伴已經(jīng)做好了準(zhǔn)備，并期待著通過我們的產(chǎn)品來支持亞洲市場。就這點而言，我看到通過技術(shù)和合作，我們在亞洲也有巨大的發(fā)展機會。