將動力傳動系統整合至精巧的機械箱體內，打造更平價、高性能的電動車（EV）
改善電動車動力傳動架構後，客戶能省下50%的系統設計成本，同時達到功率密度最大化、提高效能、優化可靠度，提升電動車價格競爭力。
目前一台電動車的平均生產成本，比一台傳統燃油汽車高出$12,000美元。1汽車業者致力符合各國碳排放法規的同時，也必須讓電動車的價格更實惠，才能激發消費者換購混合動力車或電動車的動力。
對於車輛設計工程師而言，要提升效能與可靠度、增加續航里程，同時降低動力傳動系統的成本，無疑是個艱鉅的挑戰。有鑑於動力傳動系統是一台電動車成本最高的部件，EV動力傳動系統整合便能成為解決方案的關鍵之一。
閱讀TI白皮書《高性能動力傳動系統整合解決方案：導入EV的關鍵》
現行混合動力車與電動車的動力傳動系統由各類系統組成，用以驅動汽車前進，包含電池、DC/DC轉換器、車載充電器與牽引逆變器等，各自裝於不同位置。隨著類比與嵌入式處理技術持續發展，設計人員現在能透過單一網域控制器與功率級，將這些系統進一步整合，不只有助提高效能與可靠度、降低成本，更能滿足車輛功能性安全需求。
TI全球汽車動力傳動系統總經理Karl-Heinz Steinmetz表示：「我們以符合關鍵技術與安全要求為前提，致力打造最佳系統，並讓價格更親民。」
威邁斯新能源（VMAX）是一家電動車零組件供應商，總部設於中國深圳，他們親眼見證了動力傳動系統整合的許多優點。
VMAX副總經理韓勇傑（譯音）指出：「要為中國市場設計出效能更好、可靠度更高、價格更實惠的電動車，動力傳動系統整合是其中的關鍵。TI的技術與專業幫助我們充分整合車載充電器、DC/DC轉換器與牽引逆變器系統，滿足客戶的要求。」
提升效能、優化功率密度，實現更高續航力
將動力傳動系統整合至單一、精巧的機械箱體中，不只能簡化設計與組裝流程，也能節省額外包材、冗餘硬體，因此能大幅減少系統重量與體積。
Karl-Heinz表示：「多一公斤或少一公斤，都對車輛的性能影響甚大。如果能減少車體的重量，就能提升整體性能、拉長單次充電的行駛距離。」
透過提高功率密度來改善效能的創新技術也非常重要。採用車用氮化鎵（GaN）技術等新科技的電動車能以更高的效能運轉、減少熱能逸散，提升續航里程。因此對於散熱零組件也相對減少，進而降低成本。
TI的GaN產品行銷團隊成員Ramanan Natarajan指出：「以氮化鎵這類材料製作的寬能隙開關，加上優化的高速閘極驅動器，未來可望顛覆整個產業，因為這種組合能減少磁性元件體積60%，降低整體重量與成本。」
能夠處理複雜電源轉換需求的即時微控制器（MCU），也是實現整合式動力傳動架構的關鍵。TI C2000
MCU具有超低延遲的優點，能實現高達1至2 MHz的切換頻率，因此只需要較小的電感器、電容器等外部零組件。
TI旗下負責車用C2000 MCU的經理Na Kong表示：「有了即時感測功能，加上更高的控制環路切換頻率，我們能將牽引馬達的轉速提升到20,000 RPM。這樣一來，汽車工程師打造的馬達體積能縮小三分之一以上，而且性能更優越，遠勝過先前轉速最高只有10,000 RPM的設計。」
整合式動力傳動架構配備單一即時MCU後，系統能有效處理分散於不同系統、多個MCU的工作。在高度整合的設計中，即時MCU能同時實現數位電源與馬達控制功能，在提升效能的同時節省寶貴的空間。
Karl-Heinz指出：「汽車業者改採整合式架構時，決策重點就變成整合系統中的資源與晶片了。」
提高可用性、滿足功能安全標準
無論是EV或傳統燃油車，系統可靠度都至關重要。在整合式動力傳動系統架構中，由於可能故障損壞的零件較少，可靠度因此更勝一籌。整合式系統本身雖然具備多項優勢，但要確保電動車高壓電池系統的可靠度，仍需要穩健的保護功能與最佳化的散熱效益。
設計人員能透過絕緣技術解決這類難題，採用專為嚴苛駕駛環境設計、經過性能檢測的絕緣式閘極驅動器與調變器。整合式診斷也是保障安全的重要關鍵，而且有助動力傳動系統符合ASIL-D車輛安全完整性規範。這項認證不只是道路車輛功能安全的最高級別，也是電動車製造業者面臨的主要挑戰。
Karl-Heinz表示：「我們知道功能性安全在整體設計中扮演重要角色，也非常重視相關安全考量。我們的參考設計體現了我們對安全的重視，也經過TÜV SÜD的獨立評估，協助客戶依照需求進行系統設計，並實現完美的成本管控。」
透過動力傳動系統整合，推動EV市場加速發展
電動車市場正在快速成長，目前全球共有約560萬部電動車，估計至2025年，電動車將占全球總汽車銷量的30%。2整合式動力傳動系統已經研究證實能提高功率密度40%至50%，且能大幅降低設計體積、重量，同時提升可靠度，勢必成為加速電動車市場成長的一大助力。
有鑑於此，Karl-Heinz表示：「這項創新能顯著提升電動車性能表現與單次充電續航里程，進而讓電動車的價格更親民實惠。」
用心創新，讓世界更美好
協助客戶設計整合式動力傳動系統，是TI創新人員體現企業使命的方式。我們投入半導體技術研發，降低電子產品的成本，致力打造更美好的世界。隨著創新不斷迭代，新技術變得更輕巧、高效、可靠、平價的同時，全新的藍海市場也浮上檯面，讓半導體的應用進一步延伸至各類電子產品。對於TI團隊而言，這就是工程的進步，也是我們數十年來不變的堅持與追求。
1 https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/making-electric-vehicles-profitable
2 https://www.jpmorgan.com/insights/research/electric-vehicles
關於德州儀器（TI）
德州儀器（納斯達克股票代碼：TXN）為位居世界領導地位的全球半導體公司，致力於設計、製造、測試以及銷售類比和嵌入式半導體晶片，為工業、汽車、個人電子、通訊設備和企業系統等市場服務。打造更美好的世界是我們的願景，為此，我們以半導體技術為基礎，致力於創造更輕巧、更高效、更可靠及更具成本效益的產品解決方案，使半導體更加普及地被應用於各式電子產品中。推動半導體技術持續更上一層樓，是我們數十年來始終如一的信念。更多詳情，敬請瀏覽TI.com。
