過去三年間，盡管疫情對整個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，占比已經達到20%，預計到2030年將達到60%。2022年1-11月，我國出口新能源汽車100萬臺，同比增長87%，預計增長還會持續(xù)，尤其是在2035年歐洲將淘汰內燃機汽車的前提下。
與此同時，部分消費者對新能源汽車的安全問題和續(xù)航里程仍存在質疑，盡管目前新能源汽車標稱的續(xù)航里程已經高達900km，但隨之而來的是成本的上升，而且實際使用里程是否會大打折扣呢？
近日，恩智浦半導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控制的S32K39系列MCU以及由AI驅動的電動汽車云連接電池管理系統(tǒng)兩款新產品。S32K39集性能、集成、網絡、信息安全和功能安全于一體，滿足電動汽車牽引逆變器控制新需求；由AI驅動的電池管理系統(tǒng)數字孿生云端模型則可提高電動汽車的電池續(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用
此前，恩智浦推出了針對通用性的電機控制S32K3系列MCU，S32K39系列則是針對牽引的電機控制，瞄準現代化的電氣化應用，具備兩個電機控制協處理器是S32K39系列區(qū)別于S32K37系列的一大特點。
電動汽車牽引逆變器/電機控制概述（圖源：恩智浦公司）
“S32K39相當于電動汽車的大腦，控制牽引逆變器，逆變器的作用是將電池中400V-800V的電壓轉化為機械能，推動電機轉動，在這個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，MCU在接收信號之后進行相應處理，通過高精度的脈寬調制再到柵極驅動器，對低電壓和高電壓進行隔離，再通過電磁能推動電機。”恩智浦半導體車輛控制和網絡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絡安全進行有機地結合呢？Brain Carlson表示：“多年來，恩智浦一直在自身設備中結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新的水平，在整個產品組合中使用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。”
Brian Carlson總結了當前市場的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；三是要求電動車有更高的可靠性和可獲得性，如共享出行，包括自動駕駛出租車等新的應用場景所帶來的需求；四是希望可以幫助車廠提供電機的可擴展性。通常一臺入門級的汽車可能只需要一個電機，中檔汽車可能需要兩個，高性能汽車需要三個，而卡車或越野車可能就需要四個，需要牽引逆變器提供支持；五是新的區(qū)域車輛架構設計；六是對電動車總成本的控制。
Brian Carlson表示，S32K39的誕生正是為了滿足電動汽車市場的新趨勢，更好地為當今和未來電動車的需求提供支持。
S32K39搭載4個工作頻率為320 MHz的Arm? Cortex?-M7內核，配置為一個鎖步核和兩個分立核，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。同時可控制六相電機，提高功率密度和容錯性，保持長期高可靠性，可以選擇兩個三相電機或單一使用一個六相的電機。還具有NanoEdge?高分辨率脈寬調制（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擴展的需求，如從低端擴展到高端，也可以支持從一臺電機到四臺電機的擴展。
S32K39的價值主要在于：提升電動車的駕駛體驗，幫助車廠提升行駛里程，獲得更高性能和更佳操控；為電動車的創(chuàng)新賦能，如支持SiC/GaN的高頻開關、區(qū)域架構設計等；支持電動車降低成本，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可以支持機器學習和ADC數字濾波，兩個電機控制協處理器，還配有硬件安全引擎，6個CAN FD接口、TSN以太網和多個高級可編程I/O，以及6MB閃存。
在應用層面，S32K39能夠應用于電動車的E/E架構中，可以是單或雙的電機架構，同時可以與S32Z和S32E協同工作。S32Z/E相當于電動車的大腦，S32K39實現結點側的智能驅動，兩者之間通過CAN或者以太網通信。同時，S32Z/E和S32K39還可以被布置在一個ECU中，通過Zipwire總線進行通信，最終實現高集成度的靈活性，為車廠提供更多選擇。
S32K39還提供了非常強大的軟件能力，包括一整套對部件、操作系統(tǒng)中間件、電機控制、電機演示功能等的軟件支持，還有一系列的工具便于在MATLAB上進行演示。此外，也有電機控制應用調整功能（MCAT）、S32設計工作室（S32DS）、S32配置工具（S32CT）等一整套的軟件的賦能。
據悉，該系列計劃于2023年第4季度正式投入量產。
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）成為進一步提升電池性能的關鍵。
恩智浦半導體電池管理系統(tǒng)總監(jiān)兼部門經理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、通信網關等，可以結合高電壓隔離柵極驅動器和電源管理等一起提供服務。
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、安全驗證、近場射頻識別標簽）、電池的接線盒MC3377x、電池的監(jiān)控單元（包括電池網關、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，隨時監(jiān)測電池的SOA和SOC狀態(tài)。這些數據會傳送給主控制器，也可以通過一些連接單元提交到云端，通過基礎設施架構，在車內實現電池的管理。
恩智浦的高壓電池管理系統(tǒng)(HVBMS)可以結合S32G GoldBox一起使用，S32G GoldBox提供到云端的連接以及人工智能的驅動，形成云端的數字孿生。恩智浦與Electra Vehicles進行了合作，利用EVE-Ai? 360度自適應控制技術激發(fā)云端數字孿生模型的潛在優(yōu)勢，實現更優(yōu)物理BMS實時預測和管理，提升電池性能，將電池的健康狀態(tài)提升12%，并支持多種全新應用，尤其是可以應用于整個電動汽車車隊的管理。
通過對電池的使用壽命的延長，可以實現電動汽車二氧化碳的減排，降低碳足跡，提升電動汽車的能效。隨著電動汽車市場不斷發(fā)展，重復利用電池的供應規(guī)模也必將擴大。這些電池作為汽車電池已經達到壽命終點，但其剩余容量驚人，高達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驅動電池模型的方案，Andreas Schlapka認為未來會成為業(yè)界的標準實踐：“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絡而更新的。在云端，可以生成這臺車或者是整個車隊的數字孿生，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據有相關的監(jiān)管要求，如在云端、在本地所存儲數據量的要求。歐盟提出了電動車‘電池護照’的概念，我覺得這是業(yè)界未來的標準實踐，它能提升電動車行駛的里程，可以更好地增強電動車電池的健康狀態(tài)和充電狀態(tài)。”