Welche Chips und elektronischen Komponenten werden in Fahrzeugen mit neuer Energie (NEVs) verwendet? Was steuern sie?

Fahrzeuge mit neuer Energie (NEVs), einschließlich Elektrofahrzeuge (EVs) und Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs), nutzen eine Vielzahl von Chips und elektronischen Komponenten, um verschiedene Systeme zu verwalten und zu steuern. Diese Komponenten sind entscheidend für Effizienz, Sicherheit und Leistung. Nachfolgend finden Sie eine Übersicht über die wichtigsten Chips und Komponenten, die in NEVs verwendet werden, sowie ihre Funktionen:

1. Mikrocontroller (MCUs) und Mikroprozessoren

• Beispiele: STM32, NXP S32K, Infineon Aurix, Texas Instruments TMS570.

• Funktion:

  • Steuerung des Antriebsstrangs, einschließlich des Elektromotors und des Getriebes.

  • Verwaltung der Batteriemanagementsysteme (BMS).

  • Steuerung der Fahrzeugsteuergeräte (VCUs) für die Gesamtsystemkoordination.

  • Verarbeitung von Sensordaten und Ausführung von Steueralgorithmen.

2. Power-Management-ICs (PMICs)

• Beispiele: Infineon OPTIREG, Texas Instruments LM5170.

• Funktion:

  • Regulierung und Verteilung der Stromversorgung an verschiedene Subsysteme.

  • Verwaltung der Spannungspegel für Sensoren, Aktoren und Steuergeräte.

  • Optimierung der Energieeffizienz und Reduzierung von Leistungsverlusten.

3. Batteriemanagementsystem (BMS)-Chips

• Beispiele: Analog Devices ADBMS1818, Texas Instruments BQ76PL455A.

• Funktion:

  • Überwachung und Ausgleich der Spannungen einzelner Zellen im Batteriepack.

  • Sicherstellung des sicheren Ladens und Entladens der Batterie.

  • Bereitstellung eines thermischen Managements zur Vermeidung von Überhitzung.

  • Schätzung des Ladezustands (SOC) und des Gesundheitszustands (SOH).

4. Motorsteuerungs-Chips

• Beispiele: Infineon IMC300, STMicroelectronics STM32 FOC.

• Funktion:

  • Steuerung von Geschwindigkeit, Drehmoment und Richtung des Elektromotors.

  • Implementierung der feldorientierten Regelung (FOC) für einen effizienten Motorbetrieb.

  • Schnittstelle zu Sensoren (z. B. Encoder, Hall-Effekt-Sensoren) für eine präzise Steuerung.

5. DC-DC-Wandler

• Beispiele: ON Semiconductor NCP1034, Maxim Integrated MAX20090.

• Funktion:

  • Umwandlung der Hochspannungs-Gleichspannung der Batterie in niedrigere Spannungen für Hilfssysteme (z. B. 12 V oder 48 V).

  • Ermöglichung eines effizienten Leistungstransfers zwischen verschiedenen Spannungsbereichen.

6. Wechselrichter

• Beispiele: Infineon HybridPACK, Mitsubishi Electric J1 Series.

• Funktion:

  • Umwandlung der Gleichspannung der Batterie in Wechselspannung für den Elektromotor.

  • Verwendung von IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) oder SiC-MOSFETs (Siliziumkarbid-MOSFETs) für hocheffizientes Schalten.

7. Sensoren

• Beispiele:

  • Stromsensoren: Allegro ACS712, LEM LAH 50-P.

  • Temperatursensoren: NTC-Thermistoren, Texas Instruments TMP117.

  • Positionssensoren: Hall-Effekt-Sensoren, Encoder.

• Funktion:

  • Überwachung von Strom, Spannung, Temperatur und Position für Motor- und Batteriesysteme.

  • Bereitstellung von Rückmeldungen für Steueralgorithmen.

8. Kommunikations-Chips

• Beispiele:

  • CAN-Transceiver: NXP TJA1050, Texas Instruments TCAN332.

  • Ethernet-PHY: Microchip LAN8742A.

  • Wireless-Module: ESP32, Quectel BG96 (für IoT-Konnektivität).

• Funktion:

  • Ermöglichung der Kommunikation zwischen elektronischen Steuergeräten (ECUs) über CAN-Bus, LIN-Bus oder Ethernet.

  • Unterstützung der Vehicle-to-Everything (V2X)-Kommunikation für vernetzte Fahrzeuge.

9. Gate-Treiber

• Beispiele: Infineon EiceDRIVER, Texas Instruments UCC27531.

• Funktion:

  • Ansteuerung der Gates von Leistungstransistoren (z. B. MOSFETs, IGBTs) in Wechselrichtern und DC-DC-Wandlern.

  • Sicherstellung eines schnellen und zuverlässigen Schaltens von Hochleistungsbauteilen.

10. Ladecontroller-Chips

• Beispiele: STMicroelectronics STBC08, Texas Instruments UCC28740.

• Funktion:

  • Verwaltung der AC/DC-Ladeprozesse.

  • Unterstützung von Schnellladeprotokollen (z. B. CCS, CHAdeMO).

  • Sicherstellung eines sicheren und effizienten Ladens der Batterie.

11. Display- und HMI-Controller

• Beispiele: NXP i.MX, Renesas R-Car.

• Funktion:

  • Steuerung des Infotainment-Systems und der Armaturenbrett-Displays.

  • Verarbeitung von Touch-Eingaben und Bereitstellung von Benutzeroberflächen.

12. Sicherheits- und Schutz-Chips

• Beispiele: Infineon OPTIGA, NXP A1006.

• Funktion:

  • Gewährleistung der funktionalen Sicherheit (z. B. ISO 26262-Konformität).

  • Bereitstellung sicherer Kommunikation und Authentifizierung (z. B. für Over-the-Air-Updates).

13. Passive Komponenten

• Beispiele:

  • Kondensatoren: Keramik-, Elektrolyt- und Folienkondensatoren.

  • Induktivitäten: Leistungsinduktivitäten zur Filterung und Energiespeicherung.

  • Widerstände: Strommessung und Spannungsteilung.

• Funktion:

  • Filterung von Störungen und Stabilisierung der Stromversorgung.

  • Bereitstellung von Energiespeicherung und Strombegrenzung.

14. Fortschrittliche Komponenten

• Siliziumkarbid (SiC)- und Galliumnitrid (GaN)-Bauteile:

  • Beispiele: Cree Wolfspeed SiC-MOSFETs, GaN Systems GS66508B.

  • Funktion:

    • Ermöglichung höherer Effizienz und Leistungsdichte in Wechselrichtern und Wandlern.

    • Reduzierung der Wärmeabfuhr und Verbesserung der Reichweite.

Was steuern diese Komponenten?

1. Antriebsstrang:

   • Steuerung des Elektromotors, Drehmomentmanagement und regenerative Bremsung.

2. Batteriesystem:

   • Laden, Entladen und thermisches Management.

3. Fahrzeugdynamik:

   • Stabilitätskontrolle, Traktionskontrolle und Antiblockiersystem (ABS).

4. Infotainment:

   • Navigation, Unterhaltung und Konnektivität.

5. Sicherheitssysteme:

   • Airbag-Steuerung, Kollisionserkennung und Fahrerassistenzsysteme (ADAS).

6. Hilfssysteme:

   • Beleuchtung, Klimatisierung und elektrische Fensterheber.

Wichtige Trends in der NEV-Elektronik

1. Integration: Kombination mehrerer Funktionen in einem einzigen Chip (z. B. System-on-Chip für die Motorsteuerung).

2. Hochspannung: Unterstützung höherer Spannungspegel (z. B. 800-V-Systeme) für schnelleres Laden und verbesserte Effizienz.

3. Konnektivität: Ermöglichung von V2X-Kommunikation und Over-the-Air-Updates.

4. Nachhaltigkeit: Verwendung umweltfreundlicher Materialien und Verbesserung der Energieeffizienz.

Durch den Einsatz dieser Chips und Komponenten erreichen Fahrzeuge mit neuer Energie hohe Leistung, Sicherheit und Effizienz und ebnen den Weg für die Zukunft der Mobilität.