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富士通:用MCU推动新能源汽车的发展

—— ——访富士通半导体的市场部产品经理:丁洁早
作者:王莹时间:2012-03-13来源:

                                      我国新能源的最新发展趋势
*新能源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(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。        
                                    
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,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。把这样一个转换单元集成到里面去,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
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。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/130150.htm

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。
 



关键词: 富士通 MCU 汽车

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