重新定義 EV 體驗的 3 種半導體技術

本文作者：混合動力電動車/純電動力電動車以及動力系統總經理 Jerry Shi。

幾年前，我們一家人坐上了電動車 (EV)，進行了為期一週的公路旅行。在欣賞波光粼粼的湖泊、於美景之下縱情高歌等美好回憶之中，也夾雜着一些不太方便的回憶——例如，儘管我們距離目的地並不算太遠，但我們還是被迫停下來一個多小時，為我們的電動車充電。

如今，EV 的車主在每次充電以後，能行駛的里程已經比我當年更長。當年動輒幾小時的充電時間，如今也縮減到了以分鐘計算的地步。電池系統更智慧，能幫助車輛更穩定、更可靠地運作。EV 正逐漸成為一項實用的理性選擇，而非一種偏好。

而這些進步並非輕易實現的。EV 性能的每一次突破，都凝聚了多年的工程創新，而這些創新離不開半導體技術，不過最終，一切都始於瞭解駕駛員們的期望。

協作如何激發創新

要瞭解重新定義 EV 的技術，我們的故事並不會從 TI 開始——而是要從原始設備製造商 (OEM) 那裏開始。OEM 為其他公司的產品生產部件或者零組件。TI 合作的 OEM 範圍很廣，從自行擔任自己的 OEM 的汽車製造商，到輪胎或煞車系統等汽車產品的供應商都有。

五年前，像 TI 這樣的半導體製造商與汽車製造商之間的合作通常是在汽車製造商為其下一代車型定義架構之後才開始的。但這種模式如今已經改變，它正在加快新功能實際上路的速度。

如今，我們會在更早的時間點與製造商展開合作。我們不再獨立地對元件進行最佳化，而是將半導體的開發與駕駛員的實際需求相結合。這種關係的成果，就是促使駕駛員們重新考慮何時以及如何使用 EV。

正將 EV 打造為日常用車的 3 項技術

在更早的時間點與 OEM 廠商建立合作，使我們能夠在設計流程的初期就制定電池管理策略、充電拓撲結構以及功率轉換架構。OEM 廠商得以獲得對半導體的更深入的瞭解，而我們的產品也將能更直接地滿足駕駛員的期望和需求。

我們從製造商那裏瞭解到，無論行程長短或距離充電樁還有多遠，駕駛員們都希望在駕駛 EV 時對續航里程充滿信心。因此，我們的工程師必須重新思考電池：如何對電池進行管理、如何對其充電，以及如何有效地將儲存在其中的電能轉化為動力。目前，我們正在研究三項創新，而它們將為電動車的發展鋪平道路。 

1. 預測性電池管理始於對電池健康狀況的深入瞭解。駕駛員們希望知道自己的車是否能適用從日常通勤到公路旅行，甚至在極端溫度的各種狀況下都能穩定運行。

我們正在透過電化學阻抗譜等技術推進預測性電池管理，讓電池管理系統能夠利用基於模型的演算法或邊緣人工智慧來檢測電池組中各電芯的荷電狀態、溫度、老化或者荷電不平衡等變化。

透過仔細監測電池行為，OEM 廠商可以實施保護功能。即時感測與數據分析能夠更早發現並解決風險，從而提高電池的安全性和性能，延長電池組的使用壽命。駕駛員可以期待更少的續航里程意外下降、更高的可靠性和更早的安全警報。更長的電池續航力也能降低整體購車成本。

2. 更高的充電功率密度對於使 EV 更便於日常使用也很重要。在 TI，我們透過新型車載充電器拓撲結構（例如單級矩陣設計）實現更快的充電速度，這些結構在更小的空間內提供更大的功率，同時簡化系統架構。透過提高功率密度和提升單級功率轉換效率，汽車製造商可以在不影響性能的前提下縮短充電時間。

因此，對駕駛員來說，充電速度將能更快，同時也更可預測。對於 OEM 而言，更有效率的充電設計可以降低系統重量和成本，從而降低 EV 的上市成本。

3. 延長車輛續航里程仍然是 OEM 一直關注的駕駛員需求，也是一項工程上的挑戰。更長的續航里程取決於動力系統對能量的管理效率。電源電子技術和最佳化控制技術的進步提高了將儲存的電力轉化為動力的效率。在 TI，我們正在致力於動力控制方面的進步，例如最佳脈衝定位演算法，透過最大限度地減少能量損耗來提高牽引逆變器的效率。這樣一來，EV 單次充電可行駛更遠的距離，而駕駛員則可以體驗到更快的加速和更平穩、更安靜的駕駛感受。

EV 駕駛的下一個時代會是什麼樣子

直到幾年前我們全家踏上那場公路旅行之前，我們只會在確信續航里程足以應付行程的日常跑腿時——例如去超市購物時——才駕駛 EV。

但因為當時我正與我的團隊以及 OEM 一起研究能積極地重新定義 EV 體驗的技術，所以我知道，我們的公路旅行將是眾多公路旅行中的第一次。

我們正在開發的技術，延長了車輛的續航里程，使長途旅行更加愉快。高功率充電正在縮短充電時的等待時間，使其可以與在加油站加油相媲美。預測性電池管理正在為重視安全的各種功能帶來智慧化的發展。

隨著半導體技術的不斷進步和與 OEM 合作的不斷深入，我們正在應對駕駛員目前面臨的挑戰，並展望未來的機遇，使 EV 的駕駛體驗更加智慧、可靠和便捷。