如今，汽车行业正在经历一场前所未有的革命。以大规模、快速向电动汽车 (EV) 转型为标志，当今的汽车行业充满了创新和变革。

随着电动汽车成为新常态，消费者的需求也在不断增加。随着越来越多的消费者进入市场，下一代电动汽车预计将比目前的电动汽车提供更高的性能、更长的续航里程和更低的成本。 为了满足这些不断增长的需求，电动汽车设计人员面临着无数的技术挑战。

电动汽车设计人员面临哪些挑战？行业如何规划满足消费者需求？

电动汽车技术趋势

为了满足电动汽车市场的需求，该行业正在拥抱一些关键的技术趋势。一个市场趋势是从混合动力汽车 (xHEV) 向成熟的纯电池电动汽车 (xBEV) 的转变。 根据美国交通局的数据，2021 年 xHEV 比 xBEV 占据了更大的市场份额。 现在，随着消费者和政府都努力实现更严格的二氧化碳减排目标，xBEV 正在获得更大的市场份额。

图1.全面爆发的纯电动汽车已经抓住了市场的发展势头。

在车辆内部，xBEV 转换系统是一个值得注意的趋势。 由于需要制造更紧凑和模块化的系统，牵引系统设计人员正在采用 E-axle和轮内电机等新技术。

虽然牵引系统历来由发动机、变速器、逆变器和电机作为不同的单元组成，但可以将电子车轴和轮内电机等功能集成到一个单元中。其结果是系统空间更大、成本效益更高。

图 2. 行业正趋向于集成度更高的 X-in-1 系统。

在这些电气系统中，设计人员还开始将 ECU 整合到车轴系统中。 较新的系统不再由多个 MCU 和电源系统组成的传统系统，而是将 ECU 功能集成到一个 MCU 中。 然后将该中央 MCU 放置在所谓的 X-in-1 E-axle解决方案的车轴中。这降低了系统复杂性并消除了 ECU 之间的网络问题。

在电池管理系统 (BMS) 方面，业界也在转变思维方式。 BMS 历来都是小型集中式系统，用于逐一监控各个电池单元。 随着电池组变得越来越大，人们使用了更加分布式的 BMS 架构，同时利用无线通信技术监控许多电池。

散热和集成度挑战

到目前为止，我们提到的每一种趋势都带来了独特的技术挑战。 对于更高集成度的解决方案，主要挑战在于创建节能解决方案。具体来说，随着高性能组件之间的集成变得更加紧密，散热系统开始威胁到设备的可靠性。控制发热需要高能效半导体，将最少的功率转化为热量。 因此，业界正在采用SiC MOSFET代替IGBT。 高能效半导体使 xBEV 电池无需充电即可使用更长时间，从而延长汽车的行驶里程。 由于续航里程对于电动汽车非常重要，这反过来又提高了电动汽车在市场上的价值。

随着 ECU 功能整合到单个 MCU 中，对更高性能 MCU 的需求也在增长。 为了支持 ECU 集成趋势，业界需要使用功能强大的 MCU，能够同时单独控制多个 ECU 功能。 创建这些高性能设备，同时保持 MCU 价格实惠，需要卓越的专业知识和设计经验。

图 3. 汽车无线 BMS 系统消除了笨重的线束。 

对于新的分布式 BMS 解决方案，设计人员面临着提供可靠且低功耗无线连接的挑战（图 3）。 在汽车环境中以低功耗实现可靠的无线连接极其困难，因为汽车环境中充满了 EMI、振动和其他噪声。 该行业需要交钥匙解决方案来使这些系统的设计更容易实现。

最后，最大的挑战在于将所有这些高级功能集成到一个单一的高性能系统中，并在短时间内及时发布。

xEV 参考解决方案应对关键挑战为了应对所有这些独特的挑战，瑞萨电子提供了一系列 xEV 解决方案，包括逆变器、车载充电器、DC-DC 转换和 BMS/wBMS 系统的个性化解决方案。 瑞萨电子利用所有这些资源，创建了 xEV 参考解决方案，以应对设计挑战。

xEV 逆变器参考解决方案（图 4）是一种软硬件一体的解决方案，为构建下一代电动汽车的电动汽车设计人员提供参考。从硬件方面来看，xEV参考解决方案包括完整的逆变器硬件设计原理图和Gerber数据，其中包括MCU、IGBT、栅极驱动器、PMIC、散热解决方案等。

从软件方面来说，包括模型和软件。 瑞萨用于逆变器的设计数据已在 Dyno 测试上得到验证。可以为客户提供高度可靠的设计数据和系统级支持，包括硬件和软件。

图 4. xEV 逆变器参考解决方案的系统级框图。 

图 5. Renesas 逆变器的Dyno 测试。 

使用瑞萨电子 xEV 参考解决方案及其相关产品组合，EV 系统设计人员可以优化 MCU、PMIC 以及分立和外围组件，以满足其特定系统的需求，从而使开发更快、更轻松。该参考设计旨在成为一个交钥匙解决方案，帮助设计人员构建高度集成的 X-in-1 系统，实现紧凑性和成本优化。 X-in-1系统集成解决方案计划于2024年发布。

更成熟的参考设计

如今，设计工程师需要成熟的参考设计，以拥抱行业最显着的趋势并使电动汽车设计变得容易。 当更多的设计师能够更轻松地解决挑战时，该行业就能更接近向大众提供性能更强、价格更实惠的车辆的目标。