過去三年間，盡管疫情對整個汽車市場造成不小的沖擊，中國新能源汽車市場依然增長顯著。2022年新能源車銷售500萬輛以上，占比已經達到20%，預計到2030年將達到60%。2022年1-11月，我國出口新能源汽車100萬臺，同比增長87%，預計增長還會持續，尤其是在2035年歐洲將淘汰內燃機汽車的前提下。
與此同時，部分消費者對新能源汽車的安全問題和續航里程仍存在質疑，盡管目前新能源汽車標稱的續航里程已經高達900km，但隨之而來的是成本的上升，而且實際使用里程是否會大打折扣呢？
近日，恩智浦半導體舉行電氣化解決方案線上媒體溝通會，介紹了針對牽引的電機控制的S32K39系列MCU以及由AI驅動的電動汽車云連接電池管理系統兩款新產品。S32K39集性能、集成、網絡、信息安全和功能安全于一體，滿足電動汽車牽引逆變器控制新需求；由AI驅動的電池管理系統數字孿生云端模型則可提高電動汽車的電池續航里程、能效、安全性和使用壽命，提升電池性能。
S32K39支持新一代電氣化應用
此前，恩智浦推出了針對通用性的電機控制S32K3系列MCU，S32K39系列則是針對牽引的電機控制，瞄準現代化的電氣化應用，具備兩個電機控制協處理器是S32K39系列區別于S32K37系列的一大特點。
電動汽車牽引逆變器/電機控制概述（圖源：恩智浦公司）
“S32K39相當于電動汽車的大腦，控制牽引逆變器，逆變器的作用是將電池中400V-800V的電壓轉化為機械能，推動電機轉動，在這個過程中接收來自于車輛控制單元（VCU）的指令，包括基于踏板的扭矩命令、ADAS高級駕駛輔助系統，以及電子穩定性控制等。同時，MCU在接收信號之后進行相應處理，通過高精度的脈寬調制再到柵極驅動器，對低電壓和高電壓進行隔離，再通過電磁能推動電機。”恩智浦半導體車輛控制和網絡解決方案全球營銷總監Brian Carlson如是說道。
在汽車電氣化的趨勢下，如何將功能安全和網絡安全進行有機地結合呢？Brain Carlson表示：“多年來，恩智浦一直在自身設備中結合功能安全性和安全性，最新的S32汽車平臺將它們提升到了一個新的水平，在整個產品組合中使用ASIL D，并通過嵌入式硬件安全引擎（HSE）支持高級安全性，該引擎提供了汽車處理器中常見的功能。對于必須在同一硅片（SDV）上執行多種功能并依賴更多OTA更新的新車輛來說，它們變得更加重要，這就需要S32處理器提供的更多隔離和高級安全功能。”
Brian Carlson總結了當前市場的6大趨勢：一是對性能和效率的要求越來越高，包括提升續航里程的需求；二是更高等級的功能安全；三是要求電動車有更高的可靠性和可獲得性，如共享出行，包括自動駕駛出租車等新的應用場景所帶來的需求；四是希望可以幫助車廠提供電機的可擴展性。通常一臺入門級的汽車可能只需要一個電機，中檔汽車可能需要兩個，高性能汽車需要三個，而卡車或越野車可能就需要四個，需要牽引逆變器提供支持；五是新的區域車輛架構設計；六是對電動車總成本的控制。
Brian Carlson表示，S32K39的誕生正是為了滿足電動汽車市場的新趨勢，更好地為當今和未來電動車的需求提供支持。
S32K39搭載4個工作頻率為320 MHz的Arm? Cortex?-M7內核，配置為一個鎖步核和兩個分立核，且通過雙200 kHz控制環路提高能效，也支持新推出的碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）技術。同時可控制六相電機，提高功率密度和容錯性，保持長期高可靠性，可以選擇兩個三相電機或單一使用一個六相的電機。還具有NanoEdge?高分辨率脈寬調制（PWM），搭載安全ASIL D軟解碼消除了對外部組件的需要，獲得了很高的安全性。并且能夠支持汽車廠商電機擴展的需求，如從低端擴展到高端，也可以支持從一臺電機到四臺電機的擴展。
S32K39的價值主要在于：提升電動車的駕駛體驗，幫助車廠提升行駛里程，獲得更高性能和更佳操控；為電動車的創新賦能，如支持SiC/GaN的高頻開關、區域架構設計等；支持電動車降低成本，通過模擬集成消除外部組件，優化ASIL D安全系統解決方案等。
S32K39 MCU框圖（圖源：恩智浦公司）
上圖展示了S32K39 MCU的組成，包括CPU平臺，具備分立和鎖步核，DSP可以支持機器學習和ADC數字濾波，兩個電機控制協處理器，還配有硬件安全引擎，6個CAN FD接口、TSN以太網和多個高級可編程I/O，以及6MB閃存。
在應用層面，S32K39能夠應用于電動車的E/E架構中，可以是單或雙的電機架構，同時可以與S32Z和S32E協同工作。S32Z/E相當于電動車的大腦，S32K39實現結點側的智能驅動，兩者之間通過CAN或者以太網通信。同時，S32Z/E和S32K39還可以被布置在一個ECU中，通過Zipwire總線進行通信，最終實現高集成度的靈活性，為車廠提供更多選擇。
S32K39還提供了非常強大的軟件能力，包括一整套對部件、操作系統中間件、電機控制、電機演示功能等的軟件支持，還有一系列的工具便于在MATLAB上進行演示。此外，也有電機控制應用調整功能（MCAT）、S32設計工作室（S32DS）、S32配置工具（S32CT）等一整套的軟件的賦能。
據悉，該系列計劃于2023年第4季度正式投入量產。
提高電池能效，助力碳排放的降低
在電池能量密度的突破很難的情況下，更好的電池管理系統（BMS）成為進一步提升電池性能的關鍵。
恩智浦半導體電池管理系統總監兼部門經理Andreas Schlapka博士表示，恩智浦之所以非常重視電池管理系統，主要是出于環保的角度。恩智浦的電池管理系統包括模擬前端（AFE）、電池接線盒、通信網關等，可以結合高電壓隔離柵極驅動器和電源管理等一起提供服務。
恩智浦電池管理系統圖（圖源：恩智浦公司）
在電池管理系統中，包括電池單元的監控電路（包含模擬前端、安全驗證、近場射頻識別標簽）、電池的接線盒MC3377x、電池的監控單元（包括電池網關、可選的軟件等），可以了解電池發熱、壓力、電壓和電流等情況，隨時監測電池的SOA和SOC狀態。這些數據會傳送給主控制器，也可以通過一些連接單元提交到云端，通過基礎設施架構，在車內實現電池的管理。
恩智浦的高壓電池管理系統(HVBMS)可以結合S32G GoldBox一起使用，S32G GoldBox提供到云端的連接以及人工智能的驅動，形成云端的數字孿生。恩智浦與Electra Vehicles進行了合作，利用EVE-Ai? 360度自適應控制技術激發云端數字孿生模型的潛在優勢，實現更優物理BMS實時預測和管理，提升電池性能，將電池的健康狀態提升12%，并支持多種全新應用，尤其是可以應用于整個電動汽車車隊的管理。
通過對電池的使用壽命的延長，可以實現電動汽車二氧化碳的減排，降低碳足跡，提升電動汽車的能效。隨著電動汽車市場不斷發展，重復利用電池的供應規模也必將擴大。這些電池作為汽車電池已經達到壽命終點，但其剩余容量驚人，高達80%。如果能源存儲系統（ESS）中的剩余電池壽命（RUL）能用于家庭，房主的能源開支將有望降低。
對于這種將HVBMS連接到云端并引入AI驅動電池模型的方案，Andreas Schlapka認為未來會成為業界的標準實踐：“如今車輛的連接性有了非常大的提升，很多車輛的軟件更新基本上都是通過云端或者無線網絡而更新的。在云端，可以生成這臺車或者是整個車隊的數字孿生，這樣做的原因一方面是OEM汽車廠商的需求，他們需要了解車輛的情況和問題；另一方面，一些國家和政府對數據有相關的監管要求，如在云端、在本地所存儲數據量的要求。歐盟提出了電動車‘電池護照’的概念，我覺得這是業界未來的標準實踐，它能提升電動車行駛的里程，可以更好地增強電動車電池的健康狀態和充電狀態。”