過去三年間，盡管疫情對整個(gè)汽車市場造成不小的沖擊，中國新能源汽車市場依然增長顯著。2022年新能源車銷售500萬輛以上，占比已經(jīng)達(dá)到20%，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到60%。2022年1-11月，我國出口新能源汽車100萬臺，同比增長87%，預(yù)計(jì)增長還會持續(xù)，尤其是在2035年歐洲將淘汰內(nèi)燃機(jī)汽車的前提下。
與此同時(shí)，部分消費(fèi)者對新能源汽車的安全問題和續(xù)航里程仍存在質(zhì)疑，盡管目前新能源汽車標(biāo)稱的續(xù)航里程已經(jīng)高達(dá)900km，但隨之而來的是成本的上升，而且實(shí)際使用里程是否會大打折扣呢？
近日，恩智浦半導(dǎo)體舉行電氣化解決方案線上媒體溝通會，介紹了針對牽引的電機(jī)控制的S32K39系列MCU以及由AI驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車云連接電池管理系統(tǒng)兩款新產(chǎn)品。S32K39集性能、集成、網(wǎng)絡(luò)、信息安全和功能安全于一體，滿足電動(dòng)汽車牽引逆變器控制新需求；由AI驅(qū)動(dòng)的電池管理系統(tǒng)數(shù)字孿生云端模型則可提高電動(dòng)汽車的電池續(xù)航里程、能效、安全性和使用壽命，提升電池性能。
S32K39支持新一代電氣化應(yīng)用
此前，恩智浦推出了針對通用性的電機(jī)控制S32K3系列MCU，S32K39系列則是針對牽引的電機(jī)控制，瞄準(zhǔn)現(xiàn)代化的電氣化應(yīng)用，具備兩個(gè)電機(jī)控制協(xié)處理器是S32K39系列區(qū)別于S32K37系列的一大特點(diǎn)。
電動(dòng)汽車牽引逆變器/電機(jī)控制概述（圖源：恩智浦公司）
“S32K39相當(dāng)于電動(dòng)汽車的大腦，控制牽引逆變器，逆變器的作用是將電池中400V-800V的電壓轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，推動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，在這個(gè)過程中接收來自于車輛控制單元（VCU）的指令，包括基于踏板的扭矩命令、ADAS高級駕駛輔助系統(tǒng)，以及電子穩(wěn)定性控制等。同時(shí)，MCU在接收信號之后進(jìn)行相應(yīng)處理，通過高精度的脈寬調(diào)制再到柵極驅(qū)動(dòng)器，對低電壓和高電壓進(jìn)行隔離，再通過電磁能推動(dòng)電機(jī)。”恩智浦半導(dǎo)體車輛控制和網(wǎng)絡(luò)解決方案全球營銷總監(jiān)Brian Carlson如是說道。
在汽車電氣化的趨勢下，如何將功能安全和網(wǎng)絡(luò)安全進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合呢？Brain Carlson表示：“多年來，恩智浦一直在自身設(shè)備中結(jié)合功能安全性和安全性，最新的S32汽車平臺將它們提升到了一個(gè)新的水平，在整個(gè)產(chǎn)品組合中使用ASIL D，并通過嵌入式硬件安全引擎（HSE）支持高級安全性，該引擎提供了汽車處理器中常見的功能。對于必須在同一硅片（SDV）上執(zhí)行多種功能并依賴更多OTA更新的新車輛來說，它們變得更加重要，這就需要S32處理器提供的更多隔離和高級安全功能?！?/p>
Brian Carlson總結(jié)了當(dāng)前市場的6大趨勢：一是對性能和效率的要求越來越高，包括提升續(xù)航里程的需求；二是更高等級的功能安全；三是要求電動(dòng)車有更高的可靠性和可獲得性，如共享出行，包括自動(dòng)駕駛出租車等新的應(yīng)用場景所帶來的需求；四是希望可以幫助車廠提供電機(jī)的可擴(kuò)展性。通常一臺入門級的汽車可能只需要一個(gè)電機(jī)，中檔汽車可能需要兩個(gè)，高性能汽車需要三個(gè)，而卡車或越野車可能就需要四個(gè)，需要牽引逆變器提供支持；五是新的區(qū)域車輛架構(gòu)設(shè)計(jì)；六是對電動(dòng)車總成本的控制。
Brian Carlson表示，S32K39的誕生正是為了滿足電動(dòng)汽車市場的新趨勢，更好地為當(dāng)今和未來電動(dòng)車的需求提供支持。
S32K39搭載4個(gè)工作頻率為320 MHz的Arm? Cortex?-M7內(nèi)核，配置為一個(gè)鎖步核和兩個(gè)分立核，且通過雙200 kHz控制環(huán)路提高能效，也支持新推出的碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）技術(shù)。同時(shí)可控制六相電機(jī)，提高功率密度和容錯(cuò)性，保持長期高可靠性，可以選擇兩個(gè)三相電機(jī)或單一使用一個(gè)六相的電機(jī)。還具有NanoEdge?高分辨率脈寬調(diào)制（PWM），搭載安全ASIL D軟解碼消除了對外部組件的需要，獲得了很高的安全性。并且能夠支持汽車廠商電機(jī)擴(kuò)展的需求，如從低端擴(kuò)展到高端，也可以支持從一臺電機(jī)到四臺電機(jī)的擴(kuò)展。
S32K39的價(jià)值主要在于：提升電動(dòng)車的駕駛體驗(yàn)，幫助車廠提升行駛里程，獲得更高性能和更佳操控；為電動(dòng)車的創(chuàng)新賦能，如支持SiC/GaN的高頻開關(guān)、區(qū)域架構(gòu)設(shè)計(jì)等；支持電動(dòng)車降低成本，通過模擬集成消除外部組件，優(yōu)化ASIL D安全系統(tǒng)解決方案等。
S32K39 MCU框圖（圖源：恩智浦公司）
上圖展示了S32K39 MCU的組成，包括CPU平臺，具備分立和鎖步核，DSP可以支持機(jī)器學(xué)習(xí)和ADC數(shù)字濾波，兩個(gè)電機(jī)控制協(xié)處理器，還配有硬件安全引擎，6個(gè)CAN FD接口、TSN以太網(wǎng)和多個(gè)高級可編程I/O，以及6MB閃存。
在應(yīng)用層面，S32K39能夠應(yīng)用于電動(dòng)車的E/E架構(gòu)中，可以是單或雙的電機(jī)架構(gòu)，同時(shí)可以與S32Z和S32E協(xié)同工作。S32Z/E相當(dāng)于電動(dòng)車的大腦，S32K39實(shí)現(xiàn)結(jié)點(diǎn)側(cè)的智能驅(qū)動(dòng)，兩者之間通過CAN或者以太網(wǎng)通信。同時(shí)，S32Z/E和S32K39還可以被布置在一個(gè)ECU中，通過Zipwire總線進(jìn)行通信，最終實(shí)現(xiàn)高集成度的靈活性，為車廠提供更多選擇。
S32K39還提供了非常強(qiáng)大的軟件能力，包括一整套對部件、操作系統(tǒng)中間件、電機(jī)控制、電機(jī)演示功能等的軟件支持，還有一系列的工具便于在MATLAB上進(jìn)行演示。此外，也有電機(jī)控制應(yīng)用調(diào)整功能（MCAT）、S32設(shè)計(jì)工作室（S32DS）、S32配置工具（S32CT）等一整套的軟件的賦能。
據(jù)悉，該系列計(jì)劃于2023年第4季度正式投入量產(chǎn)。
提高電池能效，助力碳排放的降低
在電池能量密度的突破很難的情況下，更好的電池管理系統(tǒng)（BMS）成為進(jìn)一步提升電池性能的關(guān)鍵。
恩智浦半導(dǎo)體電池管理系統(tǒng)總監(jiān)兼部門經(jīng)理Andreas Schlapka博士表示，恩智浦之所以非常重視電池管理系統(tǒng)，主要是出于環(huán)保的角度。恩智浦的電池管理系統(tǒng)包括模擬前端（AFE）、電池接線盒、通信網(wǎng)關(guān)等，可以結(jié)合高電壓隔離柵極驅(qū)動(dòng)器和電源管理等一起提供服務(wù)。
恩智浦電池管理系統(tǒng)圖（圖源：恩智浦公司）
在電池管理系統(tǒng)中，包括電池單元的監(jiān)控電路（包含模擬前端、安全驗(yàn)證、近場射頻識別標(biāo)簽）、電池的接線盒MC3377x、電池的監(jiān)控單元（包括電池網(wǎng)關(guān)、可選的軟件等），可以了解電池發(fā)熱、壓力、電壓和電流等情況，隨時(shí)監(jiān)測電池的SOA和SOC狀態(tài)。這些數(shù)據(jù)會傳送給主控制器，也可以通過一些連接單元提交到云端，通過基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)，在車內(nèi)實(shí)現(xiàn)電池的管理。
恩智浦的高壓電池管理系統(tǒng)(HVBMS)可以結(jié)合S32G GoldBox一起使用，S32G GoldBox提供到云端的連接以及人工智能的驅(qū)動(dòng)，形成云端的數(shù)字孿生。恩智浦與Electra Vehicles進(jìn)行了合作，利用EVE-Ai? 360度自適應(yīng)控制技術(shù)激發(fā)云端數(shù)字孿生模型的潛在優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)物理BMS實(shí)時(shí)預(yù)測和管理，提升電池性能，將電池的健康狀態(tài)提升12%，并支持多種全新應(yīng)用，尤其是可以應(yīng)用于整個(gè)電動(dòng)汽車車隊(duì)的管理。
通過對電池的使用壽命的延長，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車二氧化碳的減排，降低碳足跡，提升電動(dòng)汽車的能效。隨著電動(dòng)汽車市場不斷發(fā)展，重復(fù)利用電池的供應(yīng)規(guī)模也必將擴(kuò)大。這些電池作為汽車電池已經(jīng)達(dá)到壽命終點(diǎn)，但其剩余容量驚人，高達(dá)80%。如果能源存儲系統(tǒng)（ESS）中的剩余電池壽命（RUL）能用于家庭，房主的能源開支將有望降低。
對于這種將HVBMS連接到云端并引入AI驅(qū)動(dòng)電池模型的方案，Andreas Schlapka認(rèn)為未來會成為業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐：“如今車輛的連接性有了非常大的提升，很多車輛的軟件更新基本上都是通過云端或者無線網(wǎng)絡(luò)而更新的。在云端，可以生成這臺車或者是整個(gè)車隊(duì)的數(shù)字孿生，這樣做的原因一方面是OEM汽車廠商的需求，他們需要了解車輛的情況和問題；另一方面，一些國家和政府對數(shù)據(jù)有相關(guān)的監(jiān)管要求，如在云端、在本地所存儲數(shù)據(jù)量的要求。歐盟提出了電動(dòng)車‘電池護(hù)照’的概念，我覺得這是業(yè)界未來的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，它能提升電動(dòng)車行駛的里程，可以更好地增強(qiáng)電動(dòng)車電池的健康狀態(tài)和充電狀態(tài)。”