汽車行業從兩方面推動提高燃油效率和降低二氧化碳排放量，這對支持這些平臺所需的傳感系統以及電池管理系統和動力系統的各個方面提出了許多技術挑戰。

為了在給定電池容量的情況下最大化每次充電的行駛里程，整個電源轉換鏈必須盡可能實現最高效率。在下一代電動汽車和自動駕駛路線圖虛擬會議的小組討論中，三位行業專家研究了電動汽車制造商、原始設備制造商和一級供應商面臨的動力總成挑戰。ADI 公司電池管理系統總經理 Mike Kultgen 參加了 EE Times/Power Electronics 的討論；安森美半導體全球汽車戰略和業務發展副總裁 Joseph Notaro；Allegro MicroSystems 技術和產品高級副總裁 Mike Doogue。以下是他們談話中的一些亮點。

電力技術

EE Times/電力電子新聞：電動汽車革命正在加速邁向更可持續的未來。EV 電池和推進系統是提高車輛設計性能的關鍵。相關的設計參數是車輛動力總成系統中的功率水平、轉換效率、工作溫度、熱能耗散能力和系統封裝。您如何看待這些領域的進展和挑戰？

Mike Doogue：市場正在迅速從內燃機動力系統過渡到電氣化動力系統。所以，很明顯，在電力系統中，測量電流是一件非常重要的事情。Allegro 的電流傳感器幫助我們的客戶提高效率、擴大范圍并提高汽車的性能。

我們使用磁原理來測量電流，因此我們實際上測量的是載流導體產生的磁場。因此，我們實際上不需要與該導體建立電氣連接，因此我們可以感測位于接地電位或 800 伏特的導體上的電流水平，從小到非常大的電流。當您使用電流隔離進行感應時，IC 本身確實不知道您感應的節點上的電壓差異，因為您沒有將半導體器件與該節點進行電氣連接。它為我們的設備提供了很大的靈活性，不僅在工作電壓方面；我們可以以相當高的精度測量低至 1 安培到 4,000 多安培的電流。與基于分流器和放大器的解決方案相比，我們可以提供具有更低歐姆熱損耗的解決方案，尤其是需要光隔離器的解決方案。我們在 IC 中內置了隔離功能，它們被用來幫助提高性能，[在設計中] 從逆變器到充電器、DC/DC 和電池管理系統。

Mike Kultgen：確實有三類興趣。有動力系統，其中電池是該系統的主要組成部分。有自動駕駛或 ADAS，您確實需要高效、低噪聲和緊湊的電源。然后，當然，還有機艙體驗；無論是音頻還是平視顯示器，都需要降噪。電動汽車正在真正改變車內體驗。專注于動力系統方面，我的業務主要在電池領域，我們嘗試做的是安全地最大化電池組的能量吞吐量，因為這真正轉化為客戶體驗，即更長的行駛里程, 更快的充電，甚至更低的成本，如果你能用更少的電池獲得更多的里程。

因此，在電池領域有很多有趣的問題需要解決。它主要是電池測量，[例如，] 試圖在 800 伏共模電壓之上提取 4 伏電池電壓，并獲得 1 毫伏的分辨率。可能有數百伏的瞬變；電池內部的環境非常困難，非常惡劣。還有其他動力系統應用：逆變器、車載充電器。我們提供圍繞開關的東西，隨著該業務向碳化硅過渡，將需要專門的柵極驅動器；總是需要隔離的電源。對于艙內體驗，處理能力不斷提高，對這些設備供電的要求也在不斷提高。然后再次，

Joseph Notaro：我們專注于 ADAS/自動駕駛和電動汽車。在 ADAS/自動駕駛中，我認為問題在于我們如何生成數據、操縱數據、移動數據，而在 EV 中，我們實際上如何管理能源？所以，能量實際上是由動力驅動的。而這正是重點所在。因為今天，從事汽車行業是令人興奮的，尤其是電動汽車。真正的挑戰在于技術。我們如何獲得更好的材料和更好的電池？我們如何真正更好地管理能源，降低成本，同時解決消費者面臨的充電和里程焦慮等挑戰？第二個方面是基礎設施。

因此，我們的使命是創造節能半導體，幫助世界變得更綠色、更安全、更包容和更互聯。這是基于兩個支柱。一是技術。我們希望為我們的合作伙伴提供最佳解決方案，以創建節能系統。另一個是制造——不僅能夠制造零件，而且能夠大批量生產這個新興市場所需的零件，并以高質量和低成本可靠地制造它們。[要實現] 更高的效率，您希望最大限度地利用油箱的能量，[從而] 為車輪充電，這樣您就可以花更多的時間駕駛而減少充電的時間。這確實是我們的使命，也是我們關注的重點。

電池管理系統

EE Times/電力電子新聞：在構建大型電池組時，需要電池監控和電池平衡以在電池組的整個生命周期內保持高電池容量。電池管理系統解決方案如何解決這個問題，目前最先進的技術是什么？

庫爾特根：任何電池管理系統的目標都是安全地從電池組中獲取最多的能量和功率，因為最大的吞吐量會影響車輛。安全至上。所以，在你談任何事情之前，你先考慮安全；它影響電子設計、電池單元設計、機械設計、軟件、溫度控制系統——包裝中的一切。每個電池管理系統的核心是測量和平衡電池組中的每個電池。這可能是數百個或數千個電池，其中一些是并聯的，最先進的技術是使用高達 800 伏的共模電壓測量電池組中的每個電池電壓、電流和溫度，并且數百伏特和噪聲，并在高達 85°C 的中等溫度范圍內進行這些測量，甚至 125°C。因此，測量精度是關鍵。

EE Times/電力電子新聞：雖然越來越需要尋找能夠徹底改變我們移動方式的環保系統，?還需要確保新的綠色技術在價格和性能方面盡可能高效和有效。增加更高電壓的電池以滿足日益增長的功率要求，反過來又增加了供電架構的復雜性，并對尺寸和效率提出了新的要求。有許多電氣化選擇，但大多數制造商選擇 48 伏輕度混合動力系統，而不是全混合動力系統。48 伏技術在哪里插入未來的移動性？您如何看待全電動汽車轉向更高電壓（即 800 伏）的趨勢？這將如何影響功率器件的選擇？

Doogue：不同地方采用的架構不同；輕度混合動力汽車是真實的。當然，許多行業專家預測，嚴重依賴 48 伏電池的輕度混合動力汽車的數量將大幅增加；我們看到我們的客戶發生了這種情況。因此，我們確實相信 EV 革命的這一部分是真實的，48 伏電池供電的輕度混合動力車將在未來幾年推動市場上的一些銷量。與此同時，800 伏技術也在加速加速。有時我想提醒自己，很多這樣的技術已經存在，電動公交車和其他車輛已經在使用 800 伏電池。我們已經開始看到，無論是保時捷還是其他一級制造商，[公司] 采用 800 伏技術。

Notaro：48 伏系統絕對是與車輛 IC 兼容的系統，因此今天您可以升級車輛并真正降低 CO 2以相對較低的成本排放。48 伏 [段] 是現實；市場上有很多汽車。到 2025 年，四分之一的新車將實現電氣化；從 2030 年開始，[至少]一半將通電，這實際上是 48 伏和 400 至 800 伏的組合。因此，肯定有一個不斷增長且具有巨大優勢的市場。另一方面，當我們查看插電式電動汽車時，您就會開始看到更高電壓的價值，因為最終您必須處理物理問題——您無法改變這一點。當我們現在考慮為插電式電氣化的高壓而使 [動力系統] 電氣化時，隨之而來的是基礎設施。即使是 48 伏的輕度混合動力車，您也需要一個獨立的基礎設施。

圖 1：48V 技術（來源：Analog Devices）

圖 2：跨平臺解決方案（來源：Allegro MicroSystems）

圖 3：快速充電驅動增加了電池電壓。（來源：安森美半導體）

大流行的影響

EE Times/電力電子新聞：在制造方面，Covid-19 大流行引起的當前問題是什么（如果有的話）？對電動汽車市場有何影響？我認為，通過更加果斷地推動該市場轉向電動汽車，這種情況可能會為更環保的未來提供良好的牽引力和良好的推動力。

庫爾特根：我們現在面臨的是在半導體供應鏈在制造的每一步都面臨產能短缺的時候對電動汽車的前所未有的需求。因此，在需求方面，在某些地區，電動汽車銷量同比增長 300%，而此時您知道汽車市場正試圖恢復正常。其中一些是 [a result] 政府相關的刺激計劃有利于電動汽車，尤其是在歐洲（也許中國上海是另一個例子）。我認為 COVID 封鎖讓我們意識到了空氣質量。新的在家工作、在家玩的場景改變了人們的購買習慣，也改變了人們的優先事項。它改變了您使用汽車的定義。但它也創造了對汽車世界以外的半導體和電子產品的這種需求，這對汽車世界產生了影響。在供應方面，我們關注晶圓、引線框架、組裝能力、半導體加工設備和測試設備的短缺。

杜格：我在我們的行業——或者說在汽車行業——看到，在大流行的早期，許多企業并不知道這一切將如何結束，因此節省現金是大多數公司采取的關鍵策略。結果，我們看到了一份關于某些公司最重要的研發項目的明確聲明。他們正在削減可以省錢的地方，但某些程序是不可觸及的；這些是定義未來的最重要的計劃。我們在整個大流行中看到的可能是從工程和開發的角度加速對電動汽車平臺的關注。我認為 [觀察是] 支持各汽車公司談論他們承諾 100% 電動，無論 [by] 2030 或 2035。

Notaro：現在是壓力大的時候。電動汽車市場真正由動力驅動，而能源管理在汽車中確實占主導地位。所以現在，不僅是汽車，還有工業、云[基礎設施]——所有這些應用都將需要大量電力。未來五年，功率器件的供應將非常有限。我們更多地關注碳化硅，因為那時你會關注襯底，所以我們非常關注制造方面。但是市場上的電力需求將猛增，這將在供應鏈上創造就業機會 [但也會增加需求]。

基礎設施問題

EE Times/電力電子新聞：基礎設施是我們必須面對的下一個挑戰。讓我們想想電網以及需要更多充電站和智能電網來管理我們的電動汽車。是否可以增加太陽能等清潔能源的使用，確保電動汽車零排放？

庫爾特根：電動汽車的綠色程度取決于為其充電的能源，因此我們必須意識到這一點。然后是車輛的制造：如果它有大量的碳足跡，那么在環境影響方面，我們真正做了什么？因此，我們傾向于關注整個生態系統，尤其是電池領域。電池是如何生產的，如何最大限度地利用它們以減少碳足跡？您會看到歐盟已經實施了一些標準，例如電池的數字護照，以確保其整體占用空間很小。我們著眼于整個生態系統以及我們可以在哪些方面發揮作用來幫助解決這個問題。顯然，當涉及到電網時，二級存儲將有助于平衡電網。我們的電池管理系統可以從汽車中取出，直接應用于電網儲能。我們都在電池制造領域發揮作用，以使用最少的能量制造出最高容量的電池。

道格：我們在 Allegro 的使命宣言之一是將世界上的技術推向更安全、更可持續的未來。所以，當我們[某人]像我的鄰居一樣，我們感到非常自豪和高興，他屋頂上有太陽能電池板，車庫墻上有一個充電盒，里面停著他的特斯拉。我想我們都知道需要對基礎設施進行大量投資。我知道這會很昂貴，但我也相信創新，我相信創新可以使情況更易于管理。人們談論每個人下班回家并同時插入電動汽車的 [幽靈]，從而在電網上產生峰值負載。但這是一個非常容易解決的問題。通過一些創新、調度和附加技術，也許可以通過互聯網進行控制，我們可以降低電網的壓力。

Notaro：基礎設施可能是當今最大的挑戰；[為解決這個問題而出現的不同舉措和投資就證明了這一點]。您每次都需要為 EV 充滿電，但重點是您可以獲得前 50% 到 80% 的電量，然后這些汽車的發動機恢復非常棒。我有一輛插電式混合動力車，我很驚訝我能開多遠，即使電池沒電，僅僅因為恢復。所以，這只是心態上的差異。但政府將不得不加強，因為基礎設施和生產[它]的公司受到嚴格監管。所以這是即將到來的挑戰之一。

然后你將擁有替代技術。例如，商用車的燃料電池將是一個很好的解決方案。我始終相信工程師會為任何問題找到正確的解決方案。

審核編輯 黃昊宇