使用ICs缩小汽车的碳足迹

很大一部分的负担,减少温室气体排放是交给汽车芯片制造商和系统,进一步推动任务正在进行车辆使用更少的能源和零排放。

努力是对抗气候变化的关键。据美国环境保护署,交通行业代表2018年温室气体排放量的28.2%,这是最大的组件。这些排放主要来自燃烧化石燃料汽车、卡车、轮船、火车、飞机,今天是基于石油的90%以上。这些数字不因素自己制造的汽车。

“如果我们认真对待脱碳、车辆电气化至关重要,“医学院毕业Sinha说,在新的移动机械分析部门主管导师,西门子业务。“车辆的碳足迹的照片,基线是内燃机车辆。如果一个内燃机车辆驱动120000至150000英里,它的生命周期碳排放量大约是260克/公里,其中160到165克/公里来自于尾气。大约50克每公里是燃料循环,制造的汽车大约45克每公里。”

混合动力汽车更有效率。尾气排放约60%至70%低于内燃机由于提高燃油效率。纯电动汽车的尾气排放降至零,但仍有生产和排放的发电。即使从清洁能源电力,有制造发电设备的碳足迹。,电力也需要存储在一个电池,电池制造和包装是能源密集型的。

“如果你看看电动汽车的景观,而尾气排放消失,添加电池制造的碳足迹的足迹从制造业的车辆,和燃料周期,”Sinha说。”,因为这些活动依赖于电力,电力的混合也关系到整个碳足迹。再生网格越多,碳排放量就会越少。在这里,半导体行业有作用,因为有这样的可再生能源,并考虑到可再生能源发电的周期性,无论是太阳能或风能,你需要电力电子转换能源使用网格中的。”

其他人也同意。”的内燃机汽车,它必须将能量储存在燃料转换成机械能把轮子和电能量的所有电子产品(如安全、舒适,排放控制)控制车辆,”约瑟夫Notaro说,全球汽车战略和业务发展副总裁半导体。“任何不浪费能源用于这些目的只会增加车辆燃料消耗和有限公司₂排放。降低浪费能源的一种方法是通过减少电力消散在汽车的数量和减少总重量。高电压电力半导体新48 v的核心架构,提供通过启用更高效的能源回收,节省燃料和驱动大负载(泵、压缩机、动力转向等)更有效率。mW千金,所以提高直流-直流转换器的效率,低待机电流电源、智能数据处理减少碎片的数量需要分布在车里,都有助于提高车辆燃油经济性和减少的数量有限₂释放。”

更多的芯片,更少的力量
半导体将发挥关键作用,在电动汽车和内燃机。和不同类型的电气和电子系统在车里,有机会使用更好的技术。

“第一个是标准的电力系统像座椅加热、空调、雨刷,和球迷,”Robert Schweiger说汽车应用解决方案的主管节奏。“这些消耗相当多的能量。然后,有汽车驾驶功能如动力转向,防抱死系统,电子稳定程序。这是更多的半导体领域,目前有一些问题。首先,有一个电子控制单元为每个函数。第二,有一个混合的技术。动力转向系统,我看到从一级供应商展示系统演示了对电能节约最大的影响,并从线控动力转向液压动力转向。而不是总让液压系统保持压力,有一个电动马达驱动的电线。这就是汽车的方向变化,但只有当它是必要的。你需要能量的发动机,并最终引导车。 This is an important area with a lot of potential for innovation, and lots of those things are underway by the OEMs.”

信息娱乐伞下也有多种功能,但这些往往是消费者的权力要低得多。“有很多东西发生,但信息娱乐系统已经进化到集成系统,“Schweiger说。“我们一直都有强大的音频系统和导航系统。现在,网上有新系统,如基于ai的演讲或语音识别和驱动程序监控,但他们不消耗太多能源。”

图1:比较系统消耗电力的车辆。来源:节奏/ADAC.de

“半导体使汽车更高效的天然气消费等功能,发动机有一定的模式,和半导体帮助调节上的某些东西,都在一个引擎,并在汽车本身,”史蒂文说哇,研究员、著名的发明家Rambus。

但这些半导体必须变得更加节能,。“所有技术行业一直致力于内部芯片做诸如降低电压,以及我们所做的在内存和接口,以减少所需的力量尽快移动数据——这些都是有助于减少碳足迹。这意味着你不从电池中吸取能量,这意味着你可能不需要经常充电。推动所有的方式回到源增加的碳足迹。轨迹半导体行业一直在几十年来,正是我们需要帮助减少碳足迹,因为所有这些关于集成、能源效率、更好的界面,更好的记忆,和更好的芯片是积分减少碳足迹”。

芯片在车辆内所有功能越来越重要,从安全和驾驶员辅助系统、电池管理和电子动力传动系统控制。自动速度适应当前交通状况和展望道路阻塞情况下启用多个传感器,数据处理和沟通彼此的汽车以及基础设施。

“这是唯一可能的低功耗,高性能的半导体,包括记忆存储高分辨率的地图,例如。导致减少碳足迹,”罗兰Jancke说部门,设计方法弗劳恩霍夫IIS的自适应系统的工程部门。

根据最近的一项战略分析报告,到2027年各种类型的电动汽车将占全球轻型汽车产量的约40%。加州有规定,在2035年,所有新车销售必须是零排放。面临的挑战是,汽车制造商需要预测客户至少需要七年,这在对芯片制造商施压,一些灵活性构建到他们的架构。

“显然,车辆一般来说,尤其是电动汽车,越来越多地集成大semiconductor-enabled电子能力,无论是身临其境的车载经验,或者通过增加安全功能特性,如车道保持辅助(党的),或管理动力传动系统、“Chet Babla说,副总统手臂的汽车和物联网业务。“最大的行业除了对电动汽车的成功——安全表示担忧,这是给定的,是确保最大练习场对于一个给定的电池容量,解决消费者“里程焦虑。”简单地说,电子在电动汽车必须尽可能的高效工作负载需求,确保电池容量主要是用于电力汽车的动力传动系统的运动,而不是被汽车的电子产品在汽车甚至感动。通过部署半导体计算架构,结合多个异构计算元素,如CPU、GPU, ISP,和专用加速器,处理效率等复杂的工作负载的视野,多屏幕图形和电池管理可以最大化,所以提供最佳使用电动汽车电池容量。”

反思芯片和架构
提高效率影响一长串的芯片和系统。所有这些需要优化,优化需要包括硬件和软件,高级主管Marc Serughetti说产品营销和业务发展Synopsys对此。”组件的优化包括数字、模拟和电力电子组件。解决需求,如降低成本,高效的电池管理,最大化范围和性能,和模块集成导致增加了系统的复杂性,因此,新设计和开发的挑战在硬件、软件和系统。”

需要大量的勘探,原型设计、建模、和测试为了找到最好的交易在一个特定的芯片或系统。Serughetti指出以下需求:

• 一个多学科综合的解决方案(电力电子系统设计、嵌入式软件开发、系统测试、校准)服务范围广泛的用户包括控制系统开发者,应用软件开发人员、固件开发人员、电力电子工程师,电池管理系统开发人员,马达驱动工程师,可靠性工程师、功能安全工程师,校准工程师和系统/软件集成工程师;
• 交付的应用级的能力模型库,包括电力电子,微控制器,和AUTOSAR软件仿真;
• 多层次的快速模拟从抽象到高保真的详细分析;
• 功能安全调试、分析和测试,硬件,软件,变异,覆盖率,校准;和
• 开放的接口(FMI、逆变器等)融入现有的汽车工具流。

但这一努力也延伸到整个半导体在汽车的方法。

”的问题是与这些快速切换速度,”威拉德Tu说,高级汽车业务部门主任赛灵思公司。“如果你不能够利用他们,然后你不能够最大限度地提高电动机的效率或充电。”

实现这些切换速度需要不同的技术。据报道,至少有一个制造商已经转化为碳化硅晶体管,使用大功率igbt用来驱动汽车。专业设备能够关闭定时循环并行化计算,确保发生。

“从这个角度来看,我们开始看到成功与车载充电,”你说。“我们开始看到成功与电动汽车。工业部门已经接受了碳化硅有点快因为他们愿意花更多的钱。他们较低的体积,但是他们更多的技术,而电动汽车制造商想低成本。将会有一个过渡点因为与碳化硅技术,不仅可以得到一个更高效的发动机,你得到一个更小的汽车,这是一个小电机轻重量。更轻的重量意味着车辆将不那么重,所以你会得到更大的范围。最后,所有这一切有益于消费者。”

消除或减少冗余可以帮助。虽然汽车是真正成为车轮上的超级计算机,同时减少冗余。“有更多的计算能力,但是它的补偿系统,更优雅,“Guillaume Boillet说,产品管理Arteris IP。“有合理化的流量,当然,随着技术的进步,随着时间的推移,芯片消耗越来越少,这是一个平衡。”

软件也在车中扮演越来越重要的角色,甚至在复杂性随着整个系统。”越来越多,我们看到事情无法控制由软件过去,现在由软件控制。你看到置换与智能机电系统水力学和这样的事,随着更优化整个系统的集中控制,”Boillet指出。

技术以外的车辆
所有这些发生在车辆。车外的一系列活动,。在美国,例如,世纪电网需要重大升级为了收取车辆今天加油站一样。

为此,美国能源部电力办公室开发了智能电网的概念,从天然气发电与电力来自可再生能源。该计划依赖于相量测量单元(pmu),传感器,以确保电力继续绕流中断和其他可能发生的问题。包含在概念大电池以满足激增的需求。

“如果你有减少收取这些车辆的碳足迹,你需要一个更可再生的电网,“导师的Sinha说。“电池价格大幅下降,为汽车制造商很容易投入越来越大的电池。这就是为什么60 - 100千瓦小时电池越来越常见。尽管如此,所有这些车跑来跑去大量的能量。然而,90%到95%的时间我们的车停在。我们携带大量的分布式能源在这些车辆。所以通过应用V2G技术,这可以利用。”

拼图的另一块是更快和更高效的通讯基础设施。5克预计将帮助增加的数据量可以移动使用相同或更少的能量。

“5克有一个巨大的作用,和半导体5 g的硬件,软件,尤其是人工智能技术,可以帮助理解每个用户都是不同的,每个消费者行为是不同的。我如何使用我的车可能非常不同于你如何使用你的;你充电的偏好和充电的偏好,和所有的信息,所有这些天气模式;充电器在哪里我们生活在城市,我们的基础设施。所有这些信息变量是至关重要的考虑,将更可靠V2G技术,这是人工智能和5克,”Sinha说。

可以肯定的是,半导体工业汽车工业中起着基础性的作用,减少碳足迹。

结论
系统之间的相互作用,了解如何让提高效率是一个重要的挑战,因为如此多的系统依赖于其他系统的车辆。

“现在我们知道哪个系统消耗多少能量而言,重要的是找到一个方法来减少功耗,“节奏的Schweiger说。“我可以把一个更小的电池放进了汽车。如果我有一个小电池,我需要一个更小的发电机。如果我有一个小发电机,主要线束变得瘦因为我使这些电流通过电线。然后,如果我有较小的电线,汽车变浅,和同样的加速度,我可以使用一个更小的发动机。如果我有一个更小的发动机,我终于可以把有些轻体建筑,因为汽车变得更轻。我可以使用较小的优惠等等。螺旋效应,这就是为什么一些oem激励他们的开发部门。如果他们能拯救一个amp功耗的系统,然后他们可以花,比如更多的钱在其他系统上,因为他们知道功耗推动成本上升或下降,如果你可以减少它。”

另一个重要的考虑因素是车辆内数以百计的ecu。“EE架构的下一代,这是一个分层架构,oem厂商将大力巩固ecu,“Schweiger指出。“这意味着如果你有一个多功能区域控制器,您可以使用该设备,实现多种功能。但是盒子本身我们知道,半导体,不消耗大量的电力。如果我们让他们更强大的性能,采用最新工艺,有时甚至能耗下降。它可以做得更多。这是另一个潜在的节省电力在一辆汽车。已经开始与域控制器,并将杠杆更未来新一代架构。”

所有这些改进将导致清洁车辆,需要更少的时间和精力去充电,可以驱动更长时间范围对环境没有任何影响。半导体产业是这场革命的核心与节能创新工程,这只会继续下去。