半導體業與車廠聯手 平價EV可期?

作者 : Junko Yoshida,EE Times首席國際特派記者

恩智浦半導體(NXP)於日前舉行的年度開發者論壇中宣佈,德國汽車大廠福斯集團(Volkswagen,VW)將在該公司的電動車平台MEB (Modularer E-Antriebs-Baukasten)採用NXP的電池管理系統。

全球電動車(EV)市場近日傳出大廠合作新訊息──恩智浦半導體(NXP)於日前舉行的年度開發者論壇「NXP Connects」 中宣佈,德國汽車大廠福斯集團(Volkswagen,VW)將在該公司的電動車平台MEB (Modularer E-Antriebs-Baukasten)採用NXP的電池管理系統。

VW的MWB因為採用模組化架構,被認為是具備可擴展性的創新平台;該平台旨在整併電子控制單元並減少微處理器的數量,如此能提供更具彈性的電池佈局,以支援從適用城市道路的小型車到長程車輛等不同的電池需求。

根據VW表示,MEB將被應用在包括該集團旗下Audi、SEAT與Škoda、VW不同品牌的車輛中。NXP則表示,其電池管理解決方案能滿足像是ID.3插電式混合動力車等小型車需求,也能應用在諸如VW ID.4、Audi-eTRON或Porsche Taycan等高階電動車款。

MEB平台能支援數量可變動的電池組,以配合不同車輛的底盤配置。舉例來說,VW的ID.3就是第一輛採用MEB平台的車款,能提供三種電池選擇──中級款58kWh電池組會將電池芯鋪滿整個底盤,但基本款的45kWh電池組配置就不會;而搭載77kWh的長程行駛車款,該平台則支援另一個後置電池芯。

 


VW的ID.系列電動車底盤配置。
(圖片來源:Volkswagen)

 

NXP技術長Lars Reger在接受《EE Times》採訪時表示,該公司正在協助VW打造「全世界最厲害的巧克力片(chocolate bar;編按:這真的是我們聽過最有趣的電池組形容詞之一),能搭載更多的電量,並且能有效率、安全地應用它們,進行充放電管理,並延長電池壽命。」

Reger指出,像是MEB這樣出色的一體化平台,結合NXP可擴展的電池管理系統,「就不需要在每一次推出新電動車款時重新設計、開發或驗證電池系統。」他並表示,在任何一款既有電動車中,電池系統都是最昂貴的零組件,並且攸關車輛行駛距離;為平台導入精密的電池管理系統將能最佳化行駛距離,同時確保電動車的堅固耐用與安全。

VW致力發展EV是因為…

資深的車輛產業分析師、《EE Times》專欄作者Egil Juliussen表示,贏得與VW的合作對NXP來說相當重要,首要原因是「量」,VW在2019仍是全球最大車廠,超越日本車廠豐田(Toyota),年度銷售量創下1,097萬輛的新高紀錄;其次,VW大手筆投資EV平台──這有部分是為了補償先前「柴油門」事件的損失。

Juliussen指出,五年前發生的柴油車排放量造假醜聞,對VW的品牌信譽傷害甚鉅,而該集團電動車開發部門第一把交椅Holger Manz發下豪語,VW到2029年將在市場推出最多75款全電動車;「VW正努力嘗試改變世界對他們的看法。」

 


NXP的電動車電池管理系統。
(圖片來源:NXP)

 

Juliussen也認為NXP的電池管理系統(BMS)解決方案十分出色;該方案能支援各種電動車款,從微型混合動力車款(mircorhybrid,即怠速/熄火系統)到輕度混合動力(mild hybrid)與全電動/插電混合動力車款,「我沒看過其他類似的方案,這是一種很棒的策略。」

總而言之,Juliussen的觀察是,NXP與VW合作意味著「有如此多高科技元素──處理器、微控制器(MCU)與軟體──正陸續進駐車輛,而且實質上將改變一切,包括EV的行駛距離。」

NXP電池管理系統主要功能。

(Source: NXP)

 

NXP的Reger進一步解釋了如何有效安全管理EV電池。他指出,今日的電池模組都是內含許多獨立電池芯的完整電池組,最高充電量取決於電池組中最滿的電池芯;「你無法再把整體電量充得更高,因為最滿的那個電池芯已經達到最大電量。」反之,放電也只能放到最低電量的電池芯清空的水準。

達成最佳化需要達到所有電池芯都在相同充電水準上的平衡,這將能實現將整個電池組中的所有電池芯都充飽,並讓整個電池組充分放電,如此電動車引擎就能利用到最佳數量的電子。這種最佳化的理論眾所周知,但Reger拋出一個問題:「要如何更精準量測充電水準?」

「對精準類比電子元件的使用,能更精準量測充電水準,這能帶來整個電池組更進一步的最佳化;」他表示,根據經驗法則,提升1毫瓦(millivolt)的精準度,能夠將EV行駛距離擴展到「跑馬拉松的距離。」

不過Reger看來,擴展行駛距離只是其次,安全才是最重要的課題,特別是處理電池組中敏感又「暴躁」的化學物質;「千萬不要虐待電池芯。」NXP表示,電池管理系統必須要符合ASIL-D最高功能安全標準;在電池組中有數百個電池芯,複雜管理系統所使用的電子元件,「必須絕對不會發生錯誤,或者是當發現錯誤必須能自我修復,並小心管理個別電池芯。」

系統級解決方案

NXP聲稱,該公司與車廠合作為EV打造的系統級解決方案被證明具有優勢。該公司的相關產品陣容包括電池芯管理、電池控制器,與提供電池到線束使用的連結技術。

而在電池管理系統方面,最近ADI也發表了最新的無線解決方案,聲稱能為EV節省90%的拉線需求以及15%的電池組數量,並表示已經獲得通用汽車(GM)採用Ultium電池平台的車款設計訂單。對此Reger坦承,尋求不同電池管理架構的車厰間派系之爭持續,技術選項包括集中化的高電壓BMS、菊鏈分佈BMS,以及無線分佈高壓BMS。

最終車廠將做出選擇。NXP表示已經準備好不同的可能選項,並透露目前在全球二十大車廠中已經有16家採用了該公司的電池管理解決方案。此外NXP也預測,到2024年不同類型的EV與內燃機引擎車輛將會達到成本相當──目前產業界的電動車每kWh成本落在130到150美元,2024年將會下滑到每kWh成本100美元。

 

編譯:Judith Cheng

(參考原文 :NXP Battery Management Systems Marry VWs’ EV Platform,by Junko Yoshida )

 

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