富士通:用MCU推動(dòng)新能源汽車的發(fā)展

                                      我國(guó)新能源汽車的最新發(fā)展趨勢(shì)
*新能源汽車是我國(guó)的戰(zhàn)略發(fā)展方向，其成敗關(guān)系到中國(guó)的未來(lái)國(guó)家石油安全；
*中國(guó)重點(diǎn)發(fā)展和補(bǔ)貼純電動(dòng)(EV)和插電式混合動(dòng)力汽車(PHEV)；
*純電動(dòng)汽車將是最終的發(fā)展目標(biāo)，中短期內(nèi)將以插電式混合動(dòng)力車作為重點(diǎn)發(fā)展的過(guò)渡車型；
*插電式混合動(dòng)力汽車直接由電網(wǎng)充電，電動(dòng)機(jī)為主要?jiǎng)恿敵?，發(fā)動(dòng)機(jī)為輔，采用大容量電池，
以靠電力行駛較遠(yuǎn)的距離，如果電池耗盡，可以采用發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)行駛，解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題；
*插電式混合動(dòng)力汽車已經(jīng)成為未來(lái)趨勢(shì)，比亞迪、中國(guó)一汽、吉利汽車、長(zhǎng)城汽車、長(zhǎng)安汽車、江淮汽車等都在大力發(fā)展。        
                                    
富士通認(rèn)為，純電動(dòng)汽車作為最終發(fā)展目標(biāo)還有一段距離要走，無(wú)論是汽車電池問(wèn)題，還是國(guó)家政府、汽車廠商的條件還不具備，從目前趨勢(shì)看到，還是以插混合電動(dòng)汽車作為未來(lái)中短期發(fā)展目標(biāo)。

                          半導(dǎo)體廠商可降低設(shè)計(jì)門檻

從半導(dǎo)體廠商角度來(lái)看，要想法降低研發(fā)成本，降低本土汽車廠商的設(shè)計(jì)門檻，降低芯片的成本。為此，富士通提供了一站式的系統(tǒng)控制方案。比如電動(dòng)汽車?yán)锏囊恍┕ぷ鲉卧?，還有電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制單元、轉(zhuǎn)換單元等一整套的控制方案。


針對(duì)電動(dòng)汽車和插電式混合電動(dòng)汽車的發(fā)電機(jī)，目前產(chǎn)品規(guī)劃，第一代產(chǎn)品怎么來(lái)控制成本呢？
第一，在內(nèi)部集成RDC（旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dá)到降低成本。富士通產(chǎn)品規(guī)劃，有144管腳，有64管腳的，已方便不同的系統(tǒng)采用不同的成本選項(xiàng)。

    
富士通MCU在電機(jī)控制方面有哪些獨(dú)到的創(chuàng)新？第一，此方案可以改善電機(jī)的運(yùn)行效率。第二，通過(guò)電機(jī)處理一些專門技術(shù)，可以把能源的消耗降低40%。第三，降低了系統(tǒng)的成本。

                                         專門為新能源汽車研發(fā)的MCU
富士通現(xiàn)在主推MB91580 MCU，是全世界第一款專門面向新能源汽車控制高性能的高性能MCU，是富士通專門針對(duì)新能源汽車開(kāi)發(fā)的MCU，集成了關(guān)鍵外設(shè)功能，縮短電機(jī)的控制時(shí)間，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

在此之前有三種做法，要需要1~9步的處理流程，比如電機(jī)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(xiàn)。因此這個(gè)流程就變成縮減為一半了，5步就可以實(shí)現(xiàn)。這樣有什么好處？之前的處理是25微秒，現(xiàn)在處理的時(shí)間，可以控制在12微秒，這樣可以縮短馬達(dá)控制時(shí)間，減少40%，提高電機(jī)運(yùn)行的效率。

                                                       降低成本
怎么來(lái)降成本呢？現(xiàn)在市場(chǎng)上的設(shè)計(jì)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(xiàn)呢？富士通用的是單芯片，CPU可以在任何時(shí)候把客戶需要計(jì)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(shè)計(jì)工作也簡(jiǎn)化了。

針對(duì)新能源汽車電機(jī)，富士通一個(gè)系列有9款產(chǎn)品。開(kāi)發(fā)多也是滿足不同客戶的要求，例如歐美的客戶可能選擇144個(gè)管腳，中國(guó)和印度的客戶就選擇100管腳。

                             大量推出通用汽車MCU新品
在新能源汽車整個(gè)控制方案里面，不僅是電機(jī)，還包括電池管理、整車控制單元。這些是不需要專門控制系統(tǒng)，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(tái)化。

今天所有的汽車設(shè)計(jì)都講究平臺(tái)化，型號(hào)也要多。從客戶工程師選型來(lái)講，或者是設(shè)計(jì)角度，整個(gè)系列從148管腳到144管腳，16個(gè)MCU，不僅成本低，還能滿足最新的通訊接口。滿足AEC提出的標(biāo)準(zhǔn)，以及對(duì)汽車軟件平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)。雖然成本低，但質(zhì)量跟軟件平臺(tái)化方面，一點(diǎn)都沒(méi)有含糊。16FXS提供工程樣片，不僅強(qiáng)調(diào)成本了，還要強(qiáng)調(diào)高性能。

16位MCU比較適合一些低成本的，像BMS（電池管理系統(tǒng)）來(lái)控制，電池管理系統(tǒng)現(xiàn)在成本很高，高到什么地方呢？因?yàn)殡姵貑卧浅６?，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(qiáng)的通訊能力，富士通會(huì)推薦整車控制單元，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(yīng)用，富士通會(huì)建議用于成本高的應(yīng)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(dāng)設(shè)計(jì)師采用高性能的時(shí)候，工具的投入，采購(gòu)的投入，一套就可以搞定。調(diào)試也是USB調(diào)試（現(xiàn)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(dāng)于不到1000元的人民幣）。1000元錢就可以搞定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(tǒng)，下圖是富士通工程師設(shè)計(jì)的模板，電池管理系統(tǒng)有很多，有數(shù)據(jù)采集模塊，所謂數(shù)據(jù)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(jié)電池，這個(gè)是完整的架構(gòu)，為客戶提供參考方案，每一個(gè)客戶都明白，富士通只是提供幫客戶工程師提供參考，學(xué)習(xí)的東西，真正量化是需要做你的定制化和修改。


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

在新能源汽車?yán)?，包括控制系統(tǒng)，富士通提了一個(gè)概念，叫做系統(tǒng)集成的創(chuàng)新。新能源汽車?yán)锩?，有電機(jī)控制、電池控制，還有DC/DC轉(zhuǎn)換的控制。電機(jī)的控制單元可以通過(guò)電機(jī)的控制，抑制CPU的負(fù)載率。我的CPU可以有60%的系統(tǒng)空余，富士通來(lái)同時(shí)進(jìn)行BMS電池管理，還有DC/DC轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jī)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(jī)功能上來(lái)，形成集成的控制，也是為了降低成本。