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汽车朝向电子化发展带来庞大的商机
来源:Arrow 发布:2023/03/23 浏览量:324

传统的汽车产业已经逐渐朝向电子化、电气化发展,除了各式各样的电动汽车之外(混合动力与纯电动车),就算是燃油车也在车身内部与外观上使用越来越多的电子零组件。本文将为您介绍汽车电子化、电气化的发展方向,以及由ST(意法半导体)所推出相关产品的功能特性。

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摄影师:Mikes-Photography,来自:Pixabay

 

传统的汽车产业已经逐渐朝向电子化、电气化发展,除了各式各样的电动汽车之外(混合动力与纯电动车),就算是燃油车也在车身内部与外观上使用越来越多的电子零组件。本文将为您介绍汽车电子化、电气化的发展方向,以及由ST(意法半导体)所推出相关产品的功能特性。

 

从内到外翻转汽车产业的电子化发展

 

汽车的电子化、电气化并不仅是单纯的指燃油车朝向电动汽车发展,事实上,就算是传统的燃油车,也持续在汽车内部与外部朝向电子化发展,像是了信息娱乐系统、车辆控制系统、安全辅助驾驶系统、仪表板、内部照明与装饰、外部灯光照明系统等,也采用了越来越多的电子零组件,已经大幅地改变了传统汽车的设计思维,汽车从内到外也都呈现出不同的形式与样貌。

 

此外,除了纯电动车外,一些混合动力的汽车也陆续问世,同时结合了燃油车与电动车的优点,当在高速行驶时采用内燃机动力,并同时回收动能对电池充电,在汽车慢速、怠速行驶时,则采用电池驱动,以减少燃油的消耗。一般来说,混合动力汽车普遍比同型纯内燃机的车辆有更好的燃油效率及加速表现,而缺点在于售价较高、动力系统占用空间较大、电池的寿命受限等问题。

 

另一方面,汽车的智能化发展也并不是电动汽车的专属功能,传统燃油车或混合动力汽车,也同时朝向联网与自动驾驶方向发展,汽车拥有越来越多智能,能够减轻驾驶负担,提供更高的安全性,这也使得汽车必须采用越来越多的电子零组件,这对电子产业来说是庞大的市场机遇。

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具有汽车CAN FD Light接口的32通道O/LED驱动器

 

目前的汽车外部照明,已经采用越来越多的O/LED来进行尾灯设计,为汽车外观呈现出更具未来感的造型。由ST推出的L99LDLH32是一款32通道恒流调节器,专为汽车外部小电流O/LED车灯的应用。由于输出通道的高侧配置,其适用于驱动共阴极的O/LED面板。它可提供高达35 V的输出涵盖O/LED的广泛分布,其32通道独立的1 mA-15 mA的可编程电流及PWM调节,以独立调节O/LED面板的每个像素。

 

如同该系列中的另一款器件(L99LDLL16),L99LDLH32采用兼容CAN FD的CAN FD Light通信网络,可应用于现今汽车的照明系统之中,并已经证明了这种基于CAN的轻量级网络能够满足系统的需求并具备优势,可实现高速数据传输(高达1 Mbit/s),并使用CAN FD长帧通信结构。支持最大128PCS的级联,兼容大数据像素的使用场所。

 

除了与CAN FD Light兼容的物理层外,该器件还集成了CAN收发器、LDO、振荡器等,因此其外围器件非常精简。L99LDLH32除了可以使用CAN FD Light兼容接口在总线模式下运行,使用可编程的EEPROM(FTP)存储器可以设置2种独立模式(Limp Home),兼容外接端口Din/CAN BUS/power line 3种PWM调光模式。

 

L99LDLH32符合AEC-Q100标准,ASIL B安全等级,可从CAN in Automation(CiA)获得CAN FD Light兼容串行接口、协议处理程序、草案规范建议(DSP),采用QFN48L 7x7外露焊盘封装,以及用于Limp Home(跛行模式)的超时看门狗,具有低待机电流,以及独立/故障安全和总线模式操作,可直接驱动(1个直接输入)用于支持ASIL要求的1个功能组,通过嵌入式非易失性和易失性存储器,可实现最广泛的可配置性,工作电源电压范围为5.5 V – 40 V。

 

L99LDLH32的线性稳压器部分可在-40℃– 150℃的工作温度范围运作,可向外部预调节器反馈电压,以优化调节电压,最大限度地降低整体功耗,并通过8位DAC设置每个通道的电流,支持模拟调光、8位PWM通道独立指数亮度控制和8位全局PWM调光,以及可编程PWM频率,具有缓慢的开启/关闭时间、渐进式输出延迟和抖动时钟,以获得更好的EMC性能。

 

L99LDLH32集成8位ADC,可用于全面、灵活的诊断,具有1条故障总线专用线,提供温度警告、过温关断(2个温度阈值),短路和开路负载检测和保护,并可通过外部NTC测量和器件结温(TJ)自动降低LED电流。芯片内部集成一个温度传感器,并支持外接一个热敏电阻测量外部环境温度,双温度多重保护和诊断功能可确保车灯的安全和稳定的使用。

 

L99LDLH32支持控制多达2个单独的照明功能,每个通道可以映像或不映像到直接输入,以及通过预调节的外部电源电压,此功能确保了最高灵活性的控制由不同O/LED类型、电流和灯串长度组成的不同照明功能,可用于汽车O/LED尾灯与汽车环境照明等应用。

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BMS提供完整的电池监控与保护功能

 

汽车电池管理系统(BMS)必须能够满足多种关键功能,例如电压、温度和电流监控、电池充电状态(SoC)和锂离子(Li-ion)电池的电池平衡。BMS需要具备电池保护功能,以防止在其安全操作区域之外进行操作时的安全性,并通过估计充电和放电期间的电池组充电状态(SoC)和健康状态(SoH)来监控电池。电池优化得益于电池平衡功能,可提高电池寿命和容量,从而优化混合动力(HEV)、插电式(PHEV)和纯电动汽车(BEV)的行驶里程。

 

ST的汽车BMS解决方案是专为满足苛刻的设计要求而设计,提供高度集成的解决方案,采用新型高度集成的电池管理IC L9963E,以及其配套的隔离式收发器L9963T,能够在单向或双向菊花链配置、嵌入复杂电池的情况下,对多达14节串联电池提供最高精度测量监控和诊断功能,并完全符合严格的汽车安全ISO26262标准与ASIL-D系统合规性。

ST的L9963E是一款锂离子电池监控和保护芯片,适用于高可靠性汽车应用和储能系统,可串联测量4到14个电池,以满足48 V及更高电压系统的要求,可高精度测量每个电池电压,以及用于片上库仑计数的电流,该器件最多可以监控7个NTC,信息透过SPI通信或隔离接口传输。

 

多个L9963E可以采菊花链连接,通过变压器隔离接口与一个主处理器通信,具有高速、低EMI、远距离、可靠的数据传输等特点。在正常和低功耗模式(静默平衡)中,均提供具有可编程通道选择的被动平衡,平衡可以根据内部定时器中断自动终止,集成了9个GPIO,可用于外部监控,L9963E具有一套全面的故障检测和通知功能,可符合AEC-Q100安全标准要求。

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搭配微控制器提供电池模块完整的保护

 

此外,搭配ST的32位汽车MCU系列、电源管理和系统基础IC、VIPower智能开关、各种保护器件和用于数据记录的汽车EEPROM,ST提供了一个全面而灵活的解决方案,来支持客户的汽车级电池管理系统设计。

 

ST的L9963电池监控和保护IC可以处理多达14个锂离子电池单元,并且可以垂直堆栈以监控多达15个电池组,对应于几百伏的标称电池电压,并以16位分辨率监控单节电池或电池组的电压、电流和温度。

 

L9963适合由SPC5系列汽车MCU的微控制器辅助,根据通过一个或多个L9963收集的数据,执行电池平衡和SOH以及SOC计算。此BMS解决方案采用SPC57 4S系列的高性能MCU构建,具有高达1.5 MB的闪存和128 KB的RAM。该MCU具有两个CAN-FD接口、8个具有广泛触发能力的增强型12位ADC,支持ASIL-D功能安全标准,并且采用QFP100封装,工作温度高达150℃。

 

根据最终应用在性能和安全级别方面的要求,所提出的实施方案可以适应各种ST的汽车MCU。SPC58 G系列可以实现最高的整体性能,最多支持三个内核和高达6Mbyte的内存大小,并增加了符合EVITA和SHE标准的硬件安全性。L9963的另一个优点是通用通信接口与BMS应用中,与采用变压器或电容器的隔离技术兼容,器件可在不同电压域中工作。

 

结语

 

在汽车电子化与电气化发展的驱使之下,无论是传统燃油车、混合动力汽车还是纯电动车,汽车将越来越安全、越智能,这些改变为汽车的设计带来了崭新的样貌,也为电子产业带来庞大的商机。本文介绍的几款ST产品仅只是汽车电子化的缩影,仍有更多庞大的市场与空间,值得大家发挥创意,抢进汽车产业的蓝海新商机。

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