富士通:用MCU推動(dòng)新能源汽車(chē)的發(fā)展

                                      我國新能源汽車(chē)的最新發(fā)展趨勢
*新能源汽車(chē)是我國的戰略發(fā)展方向，其成敗關(guān)系到中國的未來(lái)國家石油安全；
*中國重點(diǎn)發(fā)展和補貼純電動(dòng)(EV)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)(PHEV)；
*純電動(dòng)汽車(chē)將是最終的發(fā)展目標，中短期內將以插電式混合動(dòng)力車(chē)作為重點(diǎn)發(fā)展的過(guò)渡車(chē)型；
*插電式混合動(dòng)力汽車(chē)直接由電網(wǎng)充電，電動(dòng)機為主要動(dòng)力輸出，發(fā)動(dòng)機為輔，采用大容量電池，
以靠電力行駛較遠的距離，如果電池耗盡，可以采用發(fā)動(dòng)機繼續行駛，解決現實(shí)問(wèn)題；
*插電式混合動(dòng)力汽車(chē)已經(jīng)成為未來(lái)趨勢，比亞迪、中國一汽、吉利汽車(chē)、長(cháng)城汽車(chē)、長(cháng)安汽車(chē)、江淮汽車(chē)等都在大力發(fā)展。        
                                    
富士通認為，純電動(dòng)汽車(chē)作為最終發(fā)展目標還有一段距離要走，無(wú)論是汽車(chē)電池問(wèn)題，還是國家政府、汽車(chē)廠(chǎng)商的條件還不具備，從目前趨勢看到，還是以插混合電動(dòng)汽車(chē)作為未來(lái)中短期發(fā)展目標。

                          半導體廠(chǎng)商可降低設計門(mén)檻

從半導體廠(chǎng)商角度來(lái)看，要想法降低研發(fā)成本，降低本土汽車(chē)廠(chǎng)商的設計門(mén)檻，降低芯片的成本。為此，富士通提供了一站式的系統控制方案。比如電動(dòng)汽車(chē)里的一些工作單元，還有電池管理系統、電機控制單元、轉換單元等一整套的控制方案。


針對電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)電機，目前產(chǎn)品規劃，第一代產(chǎn)品怎么來(lái)控制成本呢？
第一，在內部集成RDC（旋轉變壓器轉換器），這個(gè)電路如果是放在外面，他的成本可能占到6、7美元。富士通把這樣一個(gè)轉換單元集成到MCU里面去，第一代是128MHz的高速CPU。第二代產(chǎn)品會(huì )集成雙RDC，從而達到降低成本。富士通產(chǎn)品規劃，有144管腳，有64管腳的，已方便不同的系統采用不同的成本選項。

    
富士通MCU在電機控制方面有哪些獨到的創(chuàng )新？第一，此方案可以改善電機的運行效率。第二，通過(guò)電機處理一些專(zhuān)門(mén)技術(shù)，可以把能源的消耗降低40%。第三，降低了系統的成本。

                                         專(zhuān)門(mén)為新能源汽車(chē)研發(fā)的MCU
富士通現在主推MB91580 MCU，是全世界第一款專(zhuān)門(mén)面向新能源汽車(chē)控制高性能的高性能MCU，是富士通專(zhuān)門(mén)針對新能源汽車(chē)開(kāi)發(fā)的MCU，集成了關(guān)鍵外設功能，縮短電機的控制時(shí)間，簡(jiǎn)化了系統設計。

在此之前有三種做法，要需要1~9步的處理流程，比如電機控制算法等，富士通把這些處理全部集成到芯片里，通過(guò)硬件電路就可以實(shí)現。因此這個(gè)流程就變成縮減為一半了，5步就可以實(shí)現。這樣有什么好處？之前的處理是25微秒，現在處理的時(shí)間，可以控制在12微秒，這樣可以縮短馬達控制時(shí)間，減少40%，提高電機運行的效率。

                                                       降低成本
怎么來(lái)降成本呢？現在市場(chǎng)上的設計是一個(gè)MCU，再外加一個(gè)外部RDC，富士通用什么技術(shù)來(lái)實(shí)現呢？富士通用的是單芯片，CPU可以在任何時(shí)候把客戶(hù)需要計算的值，需要產(chǎn)量的值，直接可以通過(guò)寄存器讀出來(lái)，好處是不僅硬件電路簡(jiǎn)化了，軟件工程師的軟件設計工作也簡(jiǎn)化了。

針對新能源汽車(chē)電機，富士通一個(gè)系列有9款產(chǎn)品。開(kāi)發(fā)多也是滿(mǎn)足不同客戶(hù)的要求，例如歐美的客戶(hù)可能選擇144個(gè)管腳，中國和印度的客戶(hù)就選擇100管腳。

                             大量推出通用汽車(chē)MCU新品
在新能源汽車(chē)整個(gè)控制方案里面，不僅是電機，還包括電池管理、整車(chē)控制單元。這些是不需要專(zhuān)門(mén)控制系統，需要的是"低成本，高性能通用的處理器"就可以了。為此，富士通推出了16位MCU——16FXS系列，它是精簡(jiǎn)的版本，把部分功能精簡(jiǎn)下來(lái)，以降低成本，也要符合平臺化。

今天所有的汽車(chē)設計都講究平臺化，型號也要多。從客戶(hù)工程師選型來(lái)講，或者是設計角度，整個(gè)系列從148管腳到144管腳，16個(gè)MCU，不僅成本低，還能滿(mǎn)足最新的通訊接口。滿(mǎn)足AEC提出的標準，以及對汽車(chē)軟件平臺的標準。雖然成本低，但質(zhì)量跟軟件平臺化方面，一點(diǎn)都沒(méi)有含糊。16FXS提供工程樣片，不僅強調成本了，還要強調高性能。

16位MCU比較適合一些低成本的，像BMS（電池管理系統）來(lái)控制，電池管理系統現在成本很高，高到什么地方呢？因為電池單元非常多，每一個(gè)電池單位都要有一個(gè)MCU來(lái)控制，大概需要幾十個(gè)MCU控制，如果富士通把MCU成本降低，同時(shí)又不犧牲其性能和質(zhì)量。

像32位，比如有很強的通訊能力，富士通會(huì )推薦整車(chē)控制單元，像32位肯定比16位成本比較高，富士通不建議32位來(lái)做電池低成本的應用，富士通會(huì )建議用于成本高的應用。

它們的仿真器還有開(kāi)發(fā)器都一樣，這就有一個(gè)好處，當設計師采用高性能的時(shí)候，工具的投入，采購的投入，一套就可以搞定。調試也是USB調試（現在都講究用USB的連接）。

還有開(kāi)發(fā)工具，富士通也做了非常低的成本，它把工具的成本低于150美元（相當于不到1000元的人民幣）。1000元錢(qián)就可以搞定16位、32位所有整套工具其實(shí)是比較合算的。

關(guān)于電池管理系統，下圖是富士通工程師設計的模板，電池管理系統有很多，有數據采集模塊，所謂數據采集模塊，就是要采集每一個(gè)電池單元，富士通可以采集15節電池，這個(gè)是完整的架構，為客戶(hù)提供參考方案，每一個(gè)客戶(hù)都明白，富士通只是提供幫客戶(hù)工程師提供參考，學(xué)習的東西，真正量化是需要做你的定制化和修改。


                            各控制系統之間的集成創(chuàng )新

在新能源汽車(chē)里，包括控制系統，富士通提了一個(gè)概念，叫做系統集成的創(chuàng )新。新能源汽車(chē)里面，有電機控制、電池控制，還有DC/DC轉換的控制。電機的控制單元可以通過(guò)電機的控制，抑制CPU的負載率。我的CPU可以有60%的系統空余，富士通來(lái)同時(shí)進(jìn)行BMS電池管理，還有DC/DC轉換的控制，我就可以把BMS的電池管理單元某些控制功能，還有DC/DC轉換某些控制單元的，無(wú)論是硬件的成本，還是軟件的單元，富士通把它集成到MB91580 MCU電機控制單元里面來(lái)。這是一個(gè)橫向的基層，我把其他單元控制的功能，集成到主的電機功能上來(lái)，形成集成的控制，也是為了降低成本。