Unico 利用 AMD FPGA 開發電池測試系統

Unico 為工業自動化領域處於新技術前沿的企業建立變速驅動器和控制系統。變速驅動器（ VSD ），也稱為變頻驅動器（ VFD ），是一種用於控制馬達速度和扭矩的電子設備。其主要功能是調節從主電源到馬達的電能流動。該公司開發的產品涵蓋多種應用領域，包括電動車（ EV ）組件（電池、逆變器、馬達）測試台、石油和天然氣行業系統以及金屬成型控制應用。這些解決方案均可客製化以滿足各種應用需求。

Unico 的主要業務聚焦於：為電動車推進系統測試提供驅動與控制系統、利用 AI 實現油井石油產量最大化、透過嵌入驅動器的控制應用優化金屬成型，以及為廣泛的應用提供高精度控制系統。 Unico 首席工程師 Edgar Duarte 表示：「如果有可以透過馬達控制來優化的應用，我們就能應對它。」

專案挑戰


Duarte 說：「傳統上，我們主要從事交流電機的工作，但隨著車輛的電氣化發展，我們已開始涉足電池組測試與仿真領域。我們提供電池組測試產品，以及電池性能仿真產品。最近，我們正轉向低電壓、大電流應用的電池單元測試與仿真。」

在汽車領域，Duarte 表示 Unico 的產品（如電力驅動橋測功機驅動器）支援傳動系統測試。汽車製造商會提出期望的電池性能，而 Unico 的系統為其逆變器提供直流母線，並測試其交流電機，在設計階段測量整個電氣傳動系統的功率輸出以實現最佳性能。

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Duarte 表示：「我們採用基於模型的設計，並使用 Matlab Simulink 以及 AMD 的 Model Composer 工具。我們還運用 MATLAB 的 HDL 編碼器。我們從 SIMULINK 模型轉換為 HDL 代碼，並將其部署到 AMD FPGA 中，由 FPGA 負責電力設備的數據採集和控制。」

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Duarte 指出：「我們與客戶合作，將所有期望的特性納入模擬環境中，以便盡快重現並評估其可行性」。

「在終端產線測試應用中，Unico 的驅動系統可確保每一塊下線電池組的一致性，並且符合嚴格的品質控制標準」。

Duarte 提到：「幾年前，我們主要專注於大功率電池組測試領域，但我們意識到我們在電池單元測試的低端市場存在空缺。我們看到很多客戶需要對低電壓進行測試，而我們當時無法為他們提供解決方案。因此，我們收購了 Present Power Systems（ PPS ），他們帶來的一套技術，幫助我們覆蓋了所有缺失的市場需求使我們進入電池單元級」。

解决方案


對於其電池測試與驗證產品而言，需要能夠處理大量資料且具備增強安全性的設備。成本優化型 AMD Spartan UltraScale+ FPGA 系列能夠透過提供低成本、高能源效率以及現代安全功能，幫助設計人員迅速克服這些挑戰。

這款 FPGA 具備先進的 I/O 能力、低功耗和先進的安全功能，適用於廣泛的應用情境（見下圖 1 ）。此外，FPGA 使用壽命可延長至 15 年或更久，並支援現場升級，以實現更長的設計壽命。

Duarte 表示：「半導體晶片是我們系統的核心。我們採用基於模型的設計，並使用 Matlab Simulink 以及 AMD 的 Model Composer 工具。同時，也運用 MATLAB® 的 HDL 編碼器。我們從 SIMULINK® 模型轉換為 HDL 代碼，然後將其部署到 FPGA 中。FPGA 負責電力電子設備的資料收集與控制。 」



圖 1：AMD Spartan UltraScale+ FPGA 方塊圖

設計成效


Duarte 補充說：「對 PPS 的收購包含一個基於既有 FPGA 架構的控制平台。當我們開始遇到工具和維護方面的問題後，我們決定採用更統一的流程，並將設計遷移至 AMD。這正是 AMD Spartan UltraScale+ 發揮作用的地方。」Duarte 繼續補充道：「我們想要轉向 AMD 的主要原因之一是技術支援。僅從知識庫的角度來看，當您進行互聯網搜索時，可以找到數百個針對 AMD 器件的解決方案。」

除了專注於電動車電池測試與驗證外，Unico 還觀察到儲能係統需求的顯著增長。參與電網市場需要開發大型、公用事業規模的電網電池儲能係統。

Duarte 指出：「在這些系統中，會有一個連接電網的逆變器，以及一組規模龐大的電池組；隨後，你還需要轉換器在電網、電池以及能源使用位置之間傳輸能量。在未來，企業可以在電價低谷時從電網購電並將其存儲在電池中。」

Duarte 表示：「我們還能為儲能係統提供電網可靠性。如果您在全國各地分佈有微電網，並且發生了大規模的停電事件，您可以利用分散式儲能係統恢復電網供電，同時解決根本問題。AMD Spartan UltraScale+ FPGA 在這方面也能發揮重要作用。」



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