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Hybrid- und Elektrofahrzeugen entwickeln

Steigerung des Wirkungsgrads bei Fahrzeug-Elektrifizierung

12. Juni 2017, 10:59 Uhr | Von Karl-Heinz Steinmetz

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Bewältigung der Herausforderungen der Automobilelektronik

Die technischen Anforderungen hinsichtlich der Sicherheit und der betrieblichen Integrität im Zusammenhang mit hohen Spannungen verlangen von den IC-Anbietern innovative Technologien. Angesichts der speziellen Anforderungen seiner Automotive-Kunden investiert TI einen großen Teil seines technologischen Know-how in die Entwicklung von Automotive-Lösungen. Die langjährige Tätigkeit des Unternehmens als Zulieferer der Automobilindustrie hat in einem hohen Grad an Expertise resultiert, was die Anpassung an neue Anforderungen an die Automobilelektronik unter anderem für Hybrid- und Elektrofahrzeuge betrifft. Bild 3 zeigt die zahlreichen Bereiche im elektrischen System eines Automobils, in denen TI-Bauelemente zum Einsatz kommen.

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Sicherheitsbedenken haben zur Entwicklung führender Isolationstechniken geführt, die beispielsweise die Integration von Hoch- und Niederspannungs-Schaltungen sowie von Funktionen mit hohen und niedrigen Frequenzen in einem Gehäuse erlauben. Die verstärkte Isolation ist ein gängiges Merkmal der für Automotive- und Industrie-Anwendungen zertifizierten Chips und Gehäuse, begleitet von der Qualifikation für größere Temperaturbereiche sowie höhere Spannungen und Ströme und stärkere Vibrationen. Wichtig unter den Gehäuseoptionen sind die SafeTI-Gehäuse, die die industriestandardgemäßen Funktionssicherheits-Anforderungen für Automotive-Anwendungen erfüllen.

Für die sichere Steuerung elektrischer Systeme warten die Mikrocon¬troller (MCUs) der TMS570-Hercules-Reihe mit zwei im Lockstep-Modus betriebenen CPUs, Fehlerkorrektur und Selbsttest-Funktion auf. Angeboten werden außerdem die für schnelle Echtzeit-Motorsteuerungen optimierten C2000-MCUs. Zu den weiteren ICs, die zur Verbesserung der Sicherheit direkt im Leistungspfad zum Einsatz kommen, gehören beispielsweise Leistungsschalter, Batteriemanagement- und Schutzbausteine, Gleichspannungswandler, Delta-Sigma-A/D-Wandler und viele mehr.

Fortschritte in der Prozesstechnologie ermöglichen ferner die Verwendung von Silizium-Bausteinen bei immer höheren Spannungen, wie sie beispielsweise in Automobilelektronik neueren Datums vorkommen. Für Leistungsanwendungen mit extrem hohen Spannungen und Frequenzen bietet TI außerdem GaN-FETs an. Die für Schaltnetzteil-Anwendungen konzipierten ersten GaN-Lösungen sind für hohe Ströme bei Spannungen von bis zu 100 V ausgelegt; Weiterentwicklungen sind bereits geplant.

Indem sie ihre Produkte durch Hochspannungssysteme ergänzen, erschließen die Automobilhersteller neues Terrain. Die hierfür erforderliche Flexibilität erzielen sie am besten durch ein breites Portfolio an IC-Lösungen, zu denen Batterielade- und Managementschaltungen, Spannungswandler und -regler, Leistungstreiber und weitere Funktionen im Bordnetz der Fahrzeuge gehören. Das Kommunikations-Know-how von TI kann außerdem die flexiblen Netzwerk-Lösungen beisteuern, die die Automobilhersteller nachfragen. Dabei wird Unterstützung für die wichtigen Kommunikations-Standards geboten, die heute in der Automobilelektronik genutzt werden. Anerkanntes Integrations-Know-how hilft den Automobilherstellern ebenfalls in ihrem Bemühen, Platz und Gewicht zu sparen und die Zahl der elektrischen Verbindungen zu reduzieren, um so den Kraftstoffverbrauch zu senken.

Elektrifizierung des Verkehrs der Zukunft

Während sich die Revolution im Verkehr fortsetzt, machen neue Entwicklungen im Bereich der Automobilelektronik die Autos immer sparsamer, sicherer und komfortabler. Elektrisch unterstützte Verbrennungsmotoren, Hybridantriebe in unterschiedlicher Ausprägung sowie reine Elektrofahrzeuge können einen Umschwung beim Schadstoffausstoß bewirken, mit entsprechenden Auswirkungen auf die Verschmutzung der lokalen Umgebung und das Weltklima. Autonomes Fahren und Elektrofahrzeuge werden dafür sorgen, dass Automobile insbesondere in den Städten anders genutzt werden. Damit entstehen nicht zuletzt neue Geschäftsmodelle, die dazu beitragen, mit weniger oder ganz ohne Schadstoffausstoß auszukommen und individuelle Transportlösungen für Millionen zu schaffen. TI ist maßgeblich daran beteiligt, die Elektronik für moderne Fahrzeuge bereitzustellen, und wird auch weiter daran mitwirken, die Automobile der Zukunft sicherer, komfortabler und umweltfreundlicher zu machen.

Der Autor

Karl-Heinz Steinmetz

studierte Elektrotechnik an der Hochschule für Technik und Wirtschaft in Karlsruhe. Er startete seine Karriere 2003 bei Texas Instruments als Audio/Video-System-Ingenieur. Seit 2015 ist er Sector General Manager im Unternehmen für den Bereich Automotive Powertrain. Karl-Heinz Steinmentz ist seit 15 Jahren im Halbleiterbereich beschäftigt und hatte hier verschiedene Positionen innerhalb der Bereiche Systementwicklung, Applikationen und Business-Entwicklung inne