編者按：不久前，全球電子分銷商儒卓力 (Rutronik)正式對外發布了其為面向電動汽車的混合能源存儲系統功率管理最新解決方案，在Rutronik的電源管理產品組合中，涵蓋了一系列電子器件、底盤和車身電子、引擎控制單元(ECU)、驅動鏈電子、乘客舒適、信息娛樂系統和電動車(eMobility)等。日前，筆者專訪了Rutronik 戰略營銷與傳播總監Andreas Mangler先生，他詳細地介紹了公司在汽車功率管理系統領域的策略。
目前，儒卓力在中國市場收入的60%來自于汽車市場，這構建了儒卓力在中國地區的品牌地位。在中國市場，儒卓力正在助力推動一系列包括安全特性在內的汽車應用創新，這涵蓋了一系列電子器件、底盤和車身電子、引擎控制單元(ECU)、驅動鏈電子、乘客舒適、信息娛樂系統和電動車(eMobility)等。
儒卓力在中國汽車行業的主要目標市場包括安全特性和系統日益成為強制性要求的自動駕駛汽車、車輛無線充電、創新驅動解決方案等領域，以及電動汽車技術。
記者：請詳細介紹下貴公司創新的電源解決方案，都包括哪些重要的組件和半導體產品，這些產品組織在一起是如何發揮更大效率的？
Andreas Mangler：我們與茨維考應用科技大學一起開發了混合能源存儲系統(HESS)這一解決方案。通過HESS，我們將鋰離子電池的特性與超級電容(Ultra-caps)相結合。目的是使電池在其“舒適區域”內運行，從而能夠顯著延長其使用壽命，甚至能夠將使用壽命翻倍。其背后的特點是一個基于標準微控制器的完全數字控制系統。通過這個數字控制系統，我們實現了具有超快速控制電路的單向直流-直流轉換器。該系統解決方案的優點是我們可以在各種應用中對電池進行“保護運行”。
關于我們的HESS電源解決方案的拓撲結構，最重要的一步是對我們進行研究的混合儲能系統的科學分析。
根據分析結果， 我們決定使用一個基于三星鋰電池和Nesscap/Maxwell超級電容的組合、帶有受控旁路二極管的單向直流-直流轉換器結構。該系統基于完全數字控制的系統，在此我們使用了具有超快速和非常高分辨率PWM調制器的微控制器。這是任何數字實時控制系統的基礎和最重要的硬件特性。固件是在整個控制系統的VHDL-AMS仿真的基礎上開發的。對于降壓-升壓拓撲，我們使用最快的MOSFET(來自英飛凌)及其同樣非常快的MOSFET驅動器，當然，相應地也使用精確的Vishay分流器，其傳感器信號處理用于電流傳感器到微控制器的模擬/數字信號轉換。該拓撲結構具有降壓-升壓功能，但是在超級電容深度或完全放電的情況下，或者當超級電容電壓低于鋰電池的電壓時，我們可以通過由MOSFET來實現的受控旁路二極管，將負載直接接到鋰電池。因此，系統在超級電容完全放電時也可以照常運行。
記者：區別于其他新能源汽車電源管理方案，貴公司的方案優勢與創新性在哪里？
Andreas Mangler：該方案的創新之處在于將非常快的降壓-升壓轉換器和擁有與模擬系統不相上下的控制特性的數字電源管理系統相結合。
一方面，我們此次研發結果的關鍵特性之一就是從降壓到升壓模式的超快速切換，這對于許多電源管理系統來說都并不容易做到。另一方面，除了降壓-升壓功能之外，實現了連接到負載的超級電容和鋰電池兩個儲能裝置之間的超快速切換。 在這兩個核心要素上，其切換速度之快在當前的工業應用中無可匹敵。
HESS在兩個不同能量存儲器之間使用高度創新的新型開關邏輯，并通過在我們看來獨一無二的超快速數字控制而具有了可擴展性。
記者：作為一家分銷商，請問貴公司的電源解決方案的技術來源是哪里？比如是否是收購了其他技術公司？還是通過與其他技術公司合作取得的？
Andreas Mangler：Rutronik的商業模式的確是電子元器件分銷商，我們靠銷售元器件維持公司的運營，但同時我們也與大學和其它研究機構進行密切的合作。
近年來，我們的工程師和應屆畢業生已經與大學合作撰寫70多篇科研項目論文、學士學位和碩士學位論文。在與雙元制學院、應用技術大學和綜合大學的合作中，我們充分利用了這些院校的資源以及我們的內部資源，即我們自己培養的學生。我們非常自豪能夠從自己的隊伍中填補年輕的科研人員，這也是我們人事戰略的一部分。在國際上，我們還通過贊助實驗室用的材料來支持大學的研究工作。我們用這種技術轉讓來擴大我們的專業知識，因而目前并不計劃收購任何技術公司。我們的目標是與工程領域的客戶及各行業領域的終端客戶合作， 并平等地為客戶提供知識和元器件。
我們的FAE團隊支持向我們購買元器件的每一個客戶。終端應用則必須由客戶自己開發。
記者：目前，這一創新電源解決方案是否已經經過了用戶的認證以及使用評估？
Andreas Mangler：有些客戶已經認識到了電源解決方案的優勢，以及通過它們可以實現什么。該系統通過在“保護模式”中運行電池來降低電池管理的風險，甚至可以將電池的使用壽命提高一倍。 然而，并不是每種商業模式都需要延長電池使用壽命，像移動終端或智能手機這樣每一年或兩年就要銷售一款新產品的細分市場對維持四到五年的電池壽命就不太感興趣，而醫療技術或專業電動工具則不同，必須保證其電源的可用性。
記者：創新的電源解決方案在成本和效益方面是如何做到平衡的？
Andreas Mangler：就效率而言：通過完善和可擴展的控制算法，我們實現了極高的系統效率。在滿載的情況下，MOSFET和驅動器的溫度在40°C左右，僅通過一個簡單的雙層布局，且完全沒有散熱裝置。通過硬件驅動器和MOSFET之間的優化協調，我們實現了非常高的系統效率。這最終導致運行安全性更高，并且得益于熱損耗低，也增加了整個系統的可靠性。這當然花費不少，因為得同時用兩個儲能裝置：超級電容和鋰電池。
但同時，也有可能減少系統中的電池數量。我們必須在成本/能量平衡中考量這一點：在應用中要使用多少超級電容和鋰電池？另一方面，我們有一個可擴展的中央微控制器，也就是說，我們只需要選擇正確的MOSFET電流和電壓等級，其它的使用標準選項即可。這一點最終在整體成本考核時，也是需要考慮的：由于只需要對功能部件和軟件進行更改，系統的任何擴展都會更容易。這樣，我們能實現靈活性和可適性。就成本而言，這當然必須要符合用戶的商業模式，也就是說，用戶需要延長一倍的電池壽命。
只有在需要解決可靠性、使用壽命長、魯棒性和高效率需求的地方使用該系統，才值得投入這樣的高成本。
記者：請您預測下電源解決方案這塊業務在未來可以做到什么樣的規模？會在整體業務中占有多大比重？
Andreas Mangler：由于歷史沿革的原因，電源領域一直在Rutronik的業務范圍里發揮著非常重要的作用。尤其是在功率MOSFET、IGBT以及將來在GaN和SiC產品方面，我們都始終處于最前沿。我們也很高興能夠與英飛凌和羅姆等主要廠商合作。英飛凌不僅在功率MOS領域，而且在新電源技術的投資方面，都是技術領先的供應商之一。英飛凌在此領域一直起著領軍作用。此外，他們還供應為此提供精確控制的MOSFET和IGBT驅動器。這里，我想提及英飛凌XMC-4500微控制器系列，得益于其超快速、高分辨率的PWM調制器，非常適用于數字電源和電機控制。對混合儲能系統的一般要求是，微控制器能夠進行實時處理，并且PWM調制器能夠提供一個快速系統所需的分辨率和精度。這也適用于電機控制領域、電源管理或降壓-升壓拓撲結構。
在這一點上，我們通過在亞洲的授權合作伙伴已經做好了準備，并期待著通過我們的產品來支持亞洲市場。就這點而言，我看到通過技術和合作，我們在亞洲也有巨大的發展機會。