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农用车的汽车功能电子化

由  ON Semiconductor 发布  - 09-21-2020 

农用车市场规模如何?

2019年,全球农业机械市场价值为1470亿美元,其中拖拉机的市场份额超过50%。发展中国家对农产品的高需求和不断提高的农业机械化率推动了该行业的增长。预计亚太地区由于各国人口的增加,在预测期内将快速增长,特别是印度和中国;其次是欧洲和北美。中国和印度在各国的拖拉机销售数量上处于领先地位。在中国,大约60%的农业活动都实现了机械化。2017年,印度的农业机械化水平录得40%-45%。为了提高机械化的采用率,印度政府正在推动平衡农机化,通过对各种设备提供补贴,并支持通过前端机构进行批量购买,预计在预测期内,这将加强拖拉机市场。考虑到简单的供需经济学,农业劳动力成本与一个国家的农业就业总人口比例有直接关系,因而影响农用拖拉机市场。

该市场领域的主要新兴技术和趋势是什么?

 

 图1. 农用车行业的大趋势

尽管机动农用车与汽车同代出现,但农用车仍以非自动化、非电动化、非数字化为主。这主要是由于自动化的技术缺陷;然而,这种情况正在迅速改变。仅欧盟就有超过1亿吨的温室气体排放,其中最大的罪魁祸首是非道路移动机械(NRMM)车辆。因此,各国政府正在大力推行严格的污染和噪音控制法规。此外,由于熟练劳动力的短缺,人们对操作者的安全和舒适度的要求越来越高,同时也提高了生产力和能效的要求。事实证明,电气化是满足这些需求和要求的最可行的策略之一。农用拖拉机(AT)是NRMM的一个关键细分市场,见证了汽车功能电子化、精准农业和自动驾驶的大趋势。 

汽车功能电子化对这市场领域意味着什么?

结合精准农业和自动驾驶,汽车功能电子化给农民带来了几个好处:

  1. 在种子和化肥上节约成本达20%
  2. 燃料费用节省高达90%
  3. 由于不断的驾驶和工作进程速度,提高了生产力
  4. 节约劳动力成本
  5. 增强操作者的安全和舒适度

拓扑结构和架构示例

根据推进器和行星齿轮箱的动力传递配置,轻度混合动力和混合动力电动拖拉机主要有四种拓扑结构,其中电动机与内燃机(ICE)一起工作以提高车辆的燃油效率,或与ICE串联为电池组充电。在全电池供电拖拉机的情况下,行星和推进系统均由电动机共同或独立驱动。

 

2. 混合动力和全电动拖拉机的拓扑结构

 

安森美半导体为农用车汽车功能电子化的各个级别提供多种方案,包括符合车规的的电流检测放大器(CSA)MOSFET门驱动器,用于轻度混合动力48 V架构。汽车电源模块(APM)系列支持48 V和高压应用,例如48 V BSG/ISG、电机控制、48 V-12 V DC-DC转换器、车载充电器和用于HVAC的HV电子压缩机,其中也可使用智能功率模块(IPM)。此外,VE-Trac DualVE-Trac Direct也能解决在创新模块方案中设计高功率密度可扩展逆变器方案的挑战。 

让我们来仔细了解一下全电动电池供电的拖拉机拓扑结构。在这拓扑结构中,电动机是唯一的电源动力来源,它同时驱动用于牵引的动力系统和用于辅助装置和液压负载的行星齿轮组(一起或独立)。 

典型的功率需求在65 kW到250 kW之间,考虑到拖拉机要执行的不同任务,这个范围相当大。考虑到平台方法,可扩展性是一个主要的优势。此外,典型农用拖拉机的任务特征要求在不牺牲可扩展性和紧凑结构设计的前提下,具有高可靠性、坚固性和长寿性。基于上述考虑,安森美半导体的VE-Trac系列牵引逆变器模块可满足该领域所有最具挑战性的技术需求,尤其是VE-Trac Dual系列代表了可扩展性、延长寿命和可靠性的完美结合。所有方案均通过AQG324认证,并在175oC Tj_max连续运行下测试合格,基于成熟和先进的FS4 750 V Narrow Mesa IGBT技术,半桥(可堆叠)配置,采用压铸模模块封装。VE-Trac Dual采用智能片上电流和温度传感器,具有低导通损耗和开关损耗,与凝胶填充模块相比具有更高的可靠性(寿命长达3倍),可以提高逆变器的能效和可靠性,满足农用拖拉机的性能和寿命需求。 

原始设备制造商(OEM)在设计联网和自动驾驶汽车(CAV)时面临哪些关键技术挑战?

OEM在CAV市场面临的主要技术挑战:

  • 高能量密度的电源,同时保持结构的完整性和尺寸和整体系统成本;
  • 能效,因为最小的停机时间对终端客户来说是至关重要的,以确保低的总体拥有成本;
  • 使用的元件寿命长,因为这些车辆通常可以运行20;
  • 坚固性,任务概况主要是越野,其环境的振动和温度水平高于普通客车。

安森美半导体的VE-TracSiC方案能满足CAV的苛刻任务要求。 

 

3. VE-Trac™Dual延长寿命

作为VE-Trac Dual的一部分,NVG800A75L4DSC可用于最高电压750 V、额定电流800 A等应用。此外,安森美半导体为牵引逆变器设计提供完整的生态系统,其汽车隔离大电流和高能效IGBT门驱动器含内部电隔离,并提供车规的通信电源管理信号处理及调节方案。

此外,为了进行快速原型设计和评估,我们极力推荐使用NVG800A75L4DSC-EVK套件。 

 

安森美半导体凭借其创新的方案,将继续在xEV-拖拉机的每个阶段的发展,解决农用拖拉机汽车功能电子化的挑战。

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标签:MOSFET, Motor Control, Automotive
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