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市场驱动下,新能源汽车核心系统升级可待
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市场驱动下,新能源汽车核心系统升级可待

2021-05-08 15:59:24 来源:半导体器件应用网 作者:厉丹 点击:29463

【哔哥哔特导读】当下,新能源汽车行业的“造车运动”正如火如荼地进展,各大厂商纷纷加入新能源汽车的重要器件生产。电池、电机和电控系统始终是难以绕开的核心系统,在多方推动下,它们目前发展状况如何?未来会走向哪些趋势?

前言

近年来,根据有关数据,新能源汽车市场销量频频增长,深受消费者的追捧,品牌新势力呈现日趋明显分化。从生产环节来讲,生产厂商难以脱离新能源汽车的电机、电控以及电池管理三大核心系统,其技术和工艺的成熟成为新能源汽车向更高性能、更高功率发展的重要驱动力。目前新能源汽车在多方势力的推动下仍在继续发展壮大,市场前景展被众多相关厂商纷纷看好。

新能源汽车市场选品丰富,各有千秋

新能源汽车市场持续升温,使得众多半导体厂商转向新能源汽车元器件战略,规划自身的产品线,不断地为市场输出更高性能和更高功效的选品。

安森美半导体很早就在新能源汽车产品线上布局,针对新能源车的各个子系统提供解决方案,包括电驱系统,电池管理(BMS),车载充电器,直流-直流(DC-DC)转换器,车身电子,汽车照明,先进驾驶辅助系统(ADAS),自动驾驶等,产品覆盖功率器件MOSFET,IGBT,碳化硅(SiC) ,氮化镓(GaN),功率器件驱动芯片,电源控制芯片,低压降稳压器(LDO),CAN通信,逻辑控制与比较器芯片等各种模拟和数字芯片。

市场驱动下,新能源汽车核心系统升级可待

在新能源汽车电驱领域,安森美半导体有中低压MOSFET,IGBT单管,IGBT功率模块和SiC单管与功率模块,产品覆盖从几十千瓦到几百千瓦的绝大多数应用范围,其中IGBT双面水冷模块(DSC)做到了750 V/800 A,是业界最大的双面水冷功率模块之一。单面水冷功率模块(SSDC)电流从600 A到950 A,能够满足客户不同功率等级的电驱产品需求。

此外,安森美半导体针对智能座舱人机交互应用,提供业内领先的近红外图像传感器芯片,用于舱内驾驶员疲劳监控和手势识别等产品。公司在ADAS和自动驾驶领域拥有丰富的图像传感器产品线,包括从三十万像素到一千两百万像素的一系列车载图像传感器,广泛应用于前视,环视和后视等车载成像产品。同时,安森美半导体还拥有业内领先的汽车级激光感测芯片,用于远距离汽车激光雷达产品。

另外,针对新能源汽车,深圳市航顺芯片技术研发有限公司(简称:航顺芯片)从2018年就推出用于汽车前装、后装通用系列32位MCU,近年来,又推出车规等级的专用芯片。其通用主流系列不但通过车规级AEC-Q100标准,还采用PIN TO PIN软件全兼容国外进口序列,进一步地提升了芯片的性能,拥有高集成度、高标准、低功耗等特点。

目前,航顺芯片已批量交付合作新能源汽车厂商以及品牌,如上汽集团、上汽名爵、上汽荣威、大众斯柯达、通用五菱、长城哈佛等。

而荣湃半导体隔离系列产品已通过汽车器件可靠性AEC-Q100认证,并在国内知名的新能源汽车关联厂商实现量产。该产品系列使用的核心技术-智能分压技术,已申请多项国内和国际发明专利;同时具有功耗小、速率快、时序特性好和可靠性高等显著优点,适用于新能源汽车低功耗、高时序特性和高可靠性的要求和锂电池组对外通讯信号的隔离和传输,同时也适用于新能源汽车DCDC、电驱电控和OBC等需要接口隔离和采样隔离的场合。

SiC功率器件或成电机系统主流

目前市场上主流电驱系统,按照电机类型可以划分为直流电机、交流异步电机、永磁无刷电机以及开关磁阻电机四大类,其中永磁无刷电机在国内新能源汽车厂商中应用最为广泛,也是目前最适合应用在新能源汽车中的控制技术。与此对应,电驱系统多采用三相全桥逆变器架构,以750 V电压等级的IGBT功率模块为主。安森美半导体OEM应用系统工程经理冯波表示,随着SiC技术的成熟,以及价格的下降,越来越多的客户开始研发使用SiC器件的电驱系统。

另外,随着对于电池容量增加和快充的需求,未来电池和电驱系统将会升级到800 V母线,1200 V的SiC模块也日益得到业界的重视。

荣湃半导体副总裁胡拥军对此也表示,新能源汽车电机驱动和控制技术将朝着数字化和高功率密度的方向发展,同时SiC功率器件将逐步取代Si功率器件成为主流。他认为,数字隔离驱动器拥有高速率和高通道间匹配特性的优势,将逐步取代光耦驱动器,成为隔离驱动产品主流。随着新材料和充电技术的发展,续航里程短和充电时间长的问题将会逐步得到解决。

航顺芯片执行副总裁白海英告诉记者,未来新型的电机会要求更高效、更节能 、更高功率、更长的使用寿命。

固态锂电池或成解决电池低性能方向

动力电池决定新能源汽车的未来,而动力电池的发展取决于电池的能量密度。目前,锂电池是新能源汽车的主要动力来源,但续航里程短、充电时间长等问题影响了电池性能。相对而言,传统锂电池的导电性能和低温性能较差,当前的锂电池技术仍在不断进步,电池电压等级从350 V左右会提升到650 V左右,这将有利于提升充电功率,降低充电时间。

市场驱动下,新能源汽车核心系统升级可待

固态锂电池技术使用的是固态电解质,未来可能会成为一项新的电池技术。在固态离子学中,固态电池是一种使用固体电极和固体电解液的电池,一般功率密度较低,能量密度较高。同时,白海英认为,固态电池由于能量密度比较高,是电动汽车很理想的电池应用。出于续航里程的考虑,新能源汽车产业迫切需要高能量密度的电池进入到实际应用阶段,并且提高充电技术,加快充电桩的建设。

广汽蔚来新能源汽车科技有限公司新能源汽车产品总监崔舜宇则表示,新能源汽车电池未来可能会尽量向无模组的CTP技术方向发展,提高电池的能量密度。为避免目前所出现的电池弊端,可参考比亚迪使用的刀片电池,其体积较小,安全系数和能量密度较高。但对新能源汽车来说,未来发展时间较久,固态电池主要还是当前发展的趋势。

“在电池续航方面,目前已有企业采取对换电池的策略,可以快速便捷地替换电池,节省充电时间。这种想法虽然已经被提出,但是离具体实施阶段还有一段路程。”崔舜宇还说道。

胡拥军认为,为了避免过充、过放、过温等问题,并延长电池寿命,电池系统需要对电流、电压、温度和电量等参数精确控制管理。而为了满足安规要求,提高通讯质量,电池管理系统需要对外通讯进行隔离。

除了纯电动汽车外,氢能源车和混动车型也是新能源汽车重要的产品分支,再加上国家政策支持,很多半导体厂商开始了相关领域的器件研发,帮助客户快速解决需求。

缺芯或让电控系统迎国产替代良机

电控系统包括硬件和软件部分,由各个子系统构成,每一个子系统一般由传感器、信号处理电路、电控单元、控制策略、执行机构、自诊断电路和指示灯组成。在不同类型的电动汽车上,电控系统存在一些区别,但总体来说一般都包括能量管理系统、再生制动控制系统、电机驱动控制系统、电动助力转向控制系统以及动力总成控制系统等。

市场驱动下,新能源汽车核心系统升级可待

电驱系统作为新能源汽车的动力核心,决定了汽车爬坡、加速与最高速度等主要性能指标,对于新能源车的安全舒适行驶至关重要。目前全球的汽车厂商和Tier1都在全力开发电控系统,国内很多传统车厂以及一些新的玩家正在或者已经进入这个市场。性能、可靠性、体积和价格是电驱系统最关键的因素。

目前新能源汽车的电控系统日趋成熟,也日趋国产化,主控MCU慢慢地转向国产替代。然而,目前国外主流车规级芯片非常短缺,这给国内的MCU厂家带来了机遇。白海英表示,国产MCU厂商一定要加速车规级MCU的布局,尽快推出更多与汽车电子相关周边产品,完善汽车行业生态建设。

崔舜宇认为:“随着电机的转速加快,电压升高,未来电控系统将研发使用碳化硅的控制器。”

政策和市场双重导向,新能源汽车发展向好

新能源汽车的发展早期受益于政策的引领,虽然后期政策的直接补助逐渐减少并退出,但是目前汽车双积分政策仍在发挥着很大的促进作用。新能源汽车符合全球降低碳排放政策的趋势,而且随着市场扩大,消费者认知逐渐成熟,新能源汽车日益成为汽车行业发展的主流,目前全球新能源汽车发展已经形成了共识。

“在国家政策支持,社会资本加入,传统汽车主机厂快速转型,以及消费者对电动汽车的认知提高和自动驾驶技术的成熟,未来新能源汽车必然向好发展。”东风汽车集团有限公司新能源汽车电机研发部工程师安继良向记者表示。

随着新能源汽车的竞争日益激烈,无论是传统的汽车大厂,还是新能源新势力,都在共同将蛋糕做大,同时也在抢占市场份额。冯波表示,新能源汽车行业拥有庞大的市场规模,需要所有从业者用心呵护,以客户为中心,适合国情地开发,生产满足国内客户需求的产品。

“新能源汽车如果能够解决电池的续航问题,提升续航里程,是很有发展前景的。目前电控及电机系统发展得较好,主要是电池续航里程暂时满足不了长途差旅需求。”崔舜宇在采访时说道。

胡拥军认为,国家把发展新能源汽车定位为从汽车大国迈向汽车强国的必由之路,推动绿色发展的战略举措。2021年-2035年将是新能源汽车快速发展的15年,将会给新能源汽车器件厂商带来巨大的机会。

新能源汽车未来一定是高速发展,并且市场潜力巨大。如今,越来越多的企业都转向制造纯电动汽车。“新能源汽车不管从节能的角度,还是从整车结构来看都远优于燃油车,未来10-20年燃油车必将被新能源汽车所取代。”白海英表示。“目前的问题是生产新能源车企、消费者越来越多,但相关配套设施的建设远远落后新能源汽车增量,造成充电紧张的局面,由此带来用车不便的困扰。另外,相关部门和企业一定要规范充电标准,杜绝一些乱拉线充电造成的安全隐患。”

在当前的新能源汽车市场,相关问题陆续出现,担忧也随之而来。安继良告诉记者,目前出现的电池储存污染,产能重复等问题可以及时避免。另外,部分平台可以实现数据化或集约化,不用单独研发,以提高生产效率。

结语

新能源汽车产业发展至今,完成了由政策驱动向市场驱动的转变,市场渗透率逐步提高。新能源汽车三大核心系统在已有基础上,还需相关厂商提供完善的解决方案,提升系统的整体性能,满足消费者不同的驾驶需求。前不久,小米、华为相继加入,新产品、新的服务体系等蜂拥而至,或将改写格局,为新能源汽车的市场健康、有序发展贡献一份力量。

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