富士通:用MCU推动新能源汽车的发展

                                      我国新能源汽车的最新发展趋势
*新能源汽车是我国的战略发展方向，其成败关系到中国的未来国家石油安全；
*中国重点发展和补贴纯电动(EV)和插电式混合动力汽车(PHEV)；
*纯电动汽车将是最终的发展目标，中短期内将以插电式混合动力车作为重点发展的过渡车型；
*插电式混合动力汽车直接由电网充电，电动机为主要动力输出，发动机为辅，采用大容量电池，
以靠电力行驶较远的距离，如果电池耗尽，可以采用发动机继续行驶，解决现实问题；
*插电式混合动力汽车已经成为未来趋势，比亚迪、中国一汽、吉利汽车、长城汽车、长安汽车、江淮汽车等都在大力发展。        
                                    
富士通认为，纯电动汽车作为最终发展目标还有一段距离要走，无论是汽车电池问题，还是国家政府、汽车厂商的条件还不具备，从目前趋势看到，还是以插混合电动汽车作为未来中短期发展目标。

                          半导体厂商可降低设计门槛

从半导体厂商角度来看，要想法降低研发成本，降低本土汽车厂商的设计门槛，降低芯片的成本。为此，富士通提供了一站式的系统控制方案。比如电动汽车里的一些工作单元，还有电池管理系统、电机控制单元、转换单元等一整套的控制方案。


针对电动汽车和插电式混合电动汽车的发电机，目前产品规划，第一代产品怎么来控制成本呢？
第一，在内部集成RDC（旋转变压器转换器），这个电路如果是放在外面，他的成本可能占到6、7美元。富士通把这样一个转换单元集成到MCU里面去，第一代是128MHz的高速CPU。第二代产品会集成双RDC，从而达到降低成本。富士通产品规划，有144管脚，有64管脚的，已方便不同的系统采用不同的成本选项。

    
富士通MCU在电机控制方面有哪些独到的创新？第一，此方案可以改善电机的运行效率。第二，通过电机处理一些专门技术，可以把能源的消耗降低40%。第三，降低了系统的成本。

                                         专门为新能源汽车研发的MCU
富士通现在主推MB91580 MCU，是全世界第一款专门面向新能源汽车控制高性能的高性能MCU，是富士通专门针对新能源汽车开发的MCU，集成了关键外设功能，缩短电机的控制时间，简化了系统设计。

在此之前有三种做法，要需要1~9步的处理流程，比如电机控制算法等，富士通把这些处理全部集成到芯片里，通过硬件电路就可以实现。因此这个流程就变成缩减为一半了，5步就可以实现。这样有什么好处？之前的处理是25微秒，现在处理的时间，可以控制在12微秒，这样可以缩短马达控制时间，减少40%，提高电机运行的效率。

                                                       降低成本
怎么来降成本呢？现在市场上的设计是一个MCU，再外加一个外部RDC，富士通用什么技术来实现呢？富士通用的是单芯片，CPU可以在任何时候把客户需要计算的值，需要产量的值，直接可以通过寄存器读出来，好处是不仅硬件电路简化了，软件工程师的软件设计工作也简化了。

针对新能源汽车电机，富士通一个系列有9款产品。开发多也是满足不同客户的要求，例如欧美的客户可能选择144个管脚，中国和印度的客户就选择100管脚。

                             大量推出通用汽车MCU新品
在新能源汽车整个控制方案里面，不仅是电机，还包括电池管理、整车控制单元。这些是不需要专门控制系统，需要的是"低成本，高性能通用的处理器"就可以了。为此，富士通推出了16位MCU——16FXS系列，它是精简的版本，把部分功能精简下来，以降低成本，也要符合平台化。

今天所有的汽车设计都讲究平台化，型号也要多。从客户工程师选型来讲，或者是设计角度，整个系列从148管脚到144管脚，16个MCU，不仅成本低，还能满足最新的通讯接口。满足AEC提出的标准，以及对汽车软件平台的标准。虽然成本低，但质量跟软件平台化方面，一点都没有含糊。16FXS提供工程样片，不仅强调成本了，还要强调高性能。

16位MCU比较适合一些低成本的，像BMS（电池管理系统）来控制，电池管理系统现在成本很高，高到什么地方呢？因为电池单元非常多，每一个电池单位都要有一个MCU来控制，大概需要几十个MCU控制，如果富士通把MCU成本降低，同时又不牺牲其性能和质量。

像32位，比如有很强的通讯能力，富士通会推荐整车控制单元，像32位肯定比16位成本比较高，富士通不建议32位来做电池低成本的应用，富士通会建议用于成本高的应用。

它们的仿真器还有开发器都一样，这就有一个好处，当设计师采用高性能的时候，工具的投入，采购的投入，一套就可以搞定。调试也是USB调试（现在都讲究用USB的连接）。

还有开发工具，富士通也做了非常低的成本，它把工具的成本低于150美元（相当于不到1000元的人民币）。1000元钱就可以搞定16位、32位所有整套工具其实是比较合算的。

关于电池管理系统，下图是富士通工程师设计的模板，电池管理系统有很多，有数据采集模块，所谓数据采集模块，就是要采集每一个电池单元，富士通可以采集15节电池，这个是完整的架构，为客户提供参考方案，每一个客户都明白，富士通只是提供帮客户工程师提供参考，学习的东西，真正量化是需要做你的定制化和修改。


                            各控制系统之间的集成创新

在新能源汽车里，包括控制系统，富士通提了一个概念，叫做系统集成的创新。新能源汽车里面，有电机控制、电池控制，还有DC/DC转换的控制。电机的控制单元可以通过电机的控制，抑制CPU的负载率。我的CPU可以有60%的系统空余，富士通来同时进行BMS电池管理，还有DC/DC转换的控制，我就可以把BMS的电池管理单元某些控制功能，还有DC/DC转换某些控制单元的，无论是硬件的成本，还是软件的单元，富士通把它集成到MB91580 MCU电机控制单元里面来。这是一个横向的基层，我把其他单元控制的功能，集成到主的电机功能上来，形成集成的控制，也是为了降低成本。