电子:新能源汽车的强力推进者

2011-03-14 21:56:32来源: 互联网

  汽车电子市场概貌

  赛迪顾问汽车电子产业事业部总经理兼高级咨询师徐鹏首先介绍道,电子产品的大量应用一直是汽车节能减排的重要推动力,在过去30年中,电子技术在汽车中的应用使得其燃油效率提高了70%,动力电子控制系统通过SIDI(火花点火直接射油)、VVT(可变气门)、混合燃烧、涡轮增压/快速充电优化汽油引擎等技术,在改进动力效率方面起到了重要作用;汽车总线技术使汽车形成一个网络,大大减少了汽车的线束重量,在推动汽车轻量化的过程中减少了能源消耗;通过TPMS产品时刻监测汽车胎压状态,避免了汽车因为胎压不足而白白损失的能量;此外,震动与热能能量回收技术、智能导航驾驶协助技术等新产品也在陆续应用于汽车中,将不断地持续提升汽车能量的利用效率。事实证明,汽车节能、安全、舒适、娱乐等功能的改进,电子产品在其中所起到的作用越来越重要。

  2009年,中国汽车产销量跃居世界第一,同时乘用车电子产品配备率相比五年前翻了一番,达到20%左右,从而推动中国汽车电子产品市场规模达到1629.6亿元,同比增长20.4%。作为汽车电子产品的上游,2009年中国汽车电子类集成电路市场规模也达到114.9亿元,同比增长16.3%,其中模拟IC、MCU以及ASSP芯片是市场中的主力军。

  新能源汽车被倾注了巨大热情

  目前世界各国政府在推动新能源汽车以及相关技术发展中倾注了巨大的热情,支持力度前所未有。据德勤的统计,全球各国在经济刺激计划中,共有440亿美元投向新能源汽车,其中美国投入最多,达到274亿美元,其次是法国,达到85.4亿美元,中国政府也在4万亿投资中投入15亿美元推动新能源汽车的发展。新能源汽车作为未来汽车产业的发展方向,吸引了各国政府与大批投资者,而电子技术的发展将新能源汽车的发展从蓝图变为现实,成为市场发展的强力推动者。

  动力电池性能的改善,电机材料与性能的提升,功率器件技术的发展,车用MCU计算能力的大幅提高……一系列的电子技术的发展使得电驱系统能够在可承受的成本基础上满足消费者的驾驶需求,推动混合动力汽车、插电式混合动力汽车以及纯电动汽车为代表的电驱汽车在市场中取得成功,目前混合动力汽车在全球市场中已经占据了明显的优势,得到了消费者的认可和喜爱。而汽车的动力系统被电子产品替代,力耦合管理系统、电池组与电池管理系统、电机与电机驱动系统、整车动力控制系统、大功率模块等关键零部件的应用,使得汽车电子产品在整车中的成本率快速提升。以20万元级别的纯电动版乘用车测算,成本率达到50%以上。此外,电驱汽车面向汽车产业未来的产品,在设计中不会仅仅是目前车型的简单改装,越来越多的新型汽车电子产品与技术将应用其中,如智能导航系统、多功能数字化仪表、多媒体娱乐系统、远程信息服务系统、汽车气候控制系统、驾驶员综合辅助系统等,这些产品在提升汽车安全、舒适与娱乐功能的同时,也能帮助驾驶员改善驾驶习惯,从而达到节省能源的目的。而汽车配备如此之多的电子产品将带来功率不断提升,新能源汽车发展所带来的汽车动力电气化的趋势,为电子产品技术在汽车中的应用提供了良好的载体。

  目前全球新能源汽车销量占总销量的不足1%,全球新能源汽车产业发展才刚刚开始,对于相关电子技术的发展创新与应用创新来说仍有巨大的空间。例如动力电池由镍氢向锂电池方向发展是趋势,这对于锂电池技术而言,意味着巨大的发展空间,例如负极材料向硅基发展、固态锂电池技术等都将大大提升现有锂电池的性能,芯片、电机、传感器、控制系统等零部件性能都存在巨大的提升空间,而新技术、新产品也将不断被应用到汽车中。

  我国新能源汽车电子的特点

  特别对于中国这个新能源汽车年产量仅在5000辆左右、产业发展刚刚起步的国家来说,在业界频繁作秀和大跃进式发展的背后,存在着决定新能源汽车性能与成本的关键电子、关键技术与产业化能力不足的现象。从电池材料与制造工艺、大功率功率器件与模块、多路电池管理芯片、高精度传感器、高速车用集成电路等基础电子产品的研发与生产,到混合动力耦合装置、车用动力电池模组、电驱变速箱、电动车用仪表盘等新能源汽车电子零部件的产业化与检测技术,再到电动汽车设计与制造、公共配套措施建设等汽车制造与使用环境,都尚未对即将到来的新能源汽车发展浪潮完全做好准备。新能源汽车电子技术的缺乏,汽车工业与电子信息产业之间的合作机制尚未形成,产业与技术发展路径仍在跟随国外,产品发展以车辆改装为主的发展现状,都在阻碍着我国新能源汽车产品和技术水平处于全球领先水平这一战略目标的实现。

  电子技术在推动汽车产品发展的过程中所起到的作用越来越明显,逐渐从促进性能改善的“配角”地位成为决定发展方向的“主角”,电子技术与机械技术融合发展的趋势愈发明显,汽车工业与电子信息产业协同发展成为必然选择。

  新能源汽车的核心技术

  龚进峰是中国汽车技术研究中心首席专家,同时也是汽车工程研究院副总工程师兼电子部部长。他对新能源汽车,尤其是纯电动汽车和混合动力汽车指出如下认识(下述新能源汽车仅指纯电动汽车和混合动力汽车)。

  国家新能源汽车生产准入强调三大核心技术:电机及电机控制器、电池及电池管理系统、整车控制系统。其中动力电池技术是全球新能源汽车所面临的一个共同技术难题,从铅酸电池、镍氢电池到锂电池,电池的比能量阶梯型提升,但纯电动车的续时里程仍然无法与传统汽车相比(从比能量和比功率的角度看)。因此,动力电池技术是新能源汽车面临的技术瓶颈。另外,即使人们可以接受目前的纯电动车续时里程,充电站布局、数量等基础建设也需要配套到位。同时充电时间的问题,充电接口标准化的问题等都需要解决。

  新能源汽车的另一个关键技术问题(针对混合动力汽车),就是发动机管理系统的自主开发和应用。目前国内混合动力汽车的发动机主要是借用传统汽车的发动机,基本上是通过控制节气门开度来实现发动机和电机的动力混合(也包括发动机的启停技术),没有从根本上专门开发专用的混合动力汽车发动机控制系统。

  总之,新能源汽车的动力电池技术和发动机技术是仍需解决和提升的关键所在。对于中国汽车技术研究中心,更关注汽车标准化和EMC(电磁兼容)等问题。

  至于新能源汽车的未来毋庸置疑,肯定是主要的发展方向。因此在未来汽车中,新能源汽车的数量和地位会不断提高。随着新能源汽车技术的成熟和国家对新能源汽车鼓励政策的出台和落实,新能源汽车的市场会逐步打开,尤其是在“十城千辆”城市展开。

  IC与半导体

  英飞凌科技(中国)有限公司汽车电子业务部高级市场工程师曹洪宇认为,新能源汽车无疑是目前全球关注的焦点话题之一,丰田公司的普瑞斯如今已经销售过百万辆了。而中国也正在掀起了一股产业研发热潮,从政府补助到市场引导,都在大力培植这个新兴市场,预计2015年各种车型将占整体5%左右。反观这些车型背后,来自半导体公司的技术支持尤为重要,同时巨大的新能源车市场预期带给整个业界不少挑战和机遇。

  主要的挑战来自两方面,一方面是传统汽车电子系统和新系统之间的协调工作;同时还需要在成本可控的条件下,满足汽车电子在复杂应用环境下的可靠性要求。

  广义新能源汽车在系统结构上和传统汽车有很大区别,其中最重要以及最核心的部分就是动力驱动系统的革新。以混合动力车为例,它不仅仅是电机系统占总功率百分比的数值差异,重要的是量变引起的车辆结构的变化。微混合系统一般实现起停功能,全混合系统则要求车辆在没有发动机动力的情况下依然具有一定的续航能力。由于系统的耦合度大大增加,全混合系统结构更为复杂,对设计带来更多挑战。而纯电动汽车更是可能引发车辆系统颠覆性的革新设计,从质量分配、动力传输到车辆安全性,都将可能产生全新的设计理念。

  英飞凌在电机控制、发动机管理、变速箱控制、电池管理和混合动力HCU(整车控制器)等都有相应硬件参考方案,能为客户提供一站式半导体解决方案。

  以新能源车的核心-动力总成系统而言,英飞凌推出了两款汽车级大功率IGBT模块,专门应用于车载电机驱动。高功率密度的汽车级模块HP1 (Hybrid Pack 1) 和HP2 (Hybrid Pack 2)以超小的体积,切合汽车系统空间的局限性。

  HP1 重485g (72x140x17mm) 3半桥合一的设计,650V 400A最大驱动能力,适用于20~30kW以内电机应用。HP2 (106.5x48.5x20.5mm) 重量1250g,更是以特别的直接水冷式散热设计,以650V 800A模块满足80~100kW的电机应用。

  根据市面上不同电机功率扭矩和工况的要求,英飞凌将在2010年底推出一款200A电流和HP1相同封装的产品,以及600A电流和HP2相同封装的产品,形成两个产品系列,能满足从10kW~100kW的各等级电机系统的功率需求。

  除此以外,还将在明年推出两款超小型easy-B模块,适合3~10kW以下车载电池充电器、电动空调或EPS等应用。

  飞思卡尔中国区汽车电子工程经理康晓敦说,电动汽车大致可以分为三类:混合动力、燃料电池和电动车。电动汽车存在着一个通用性的问题—电池。由于目前存在的电池方面的种种问题,未来能够实现量产的可能性最大的就是混合动力车。混合动力与传统发动机相比在技术领域增加了三部分:整车控制 ;电池管理;电机控制。

  从目前技术来看,电池技术是混合动力汽车和电动车的关键所在。既使是市场呼声比较高的混合动力汽车,电池的成本也占到了整车的1/3以上。而且还有重量、可靠性、寿命等诸多问题需要解决。磷酸锂铁电池技术应该是解决方案中较好的一种。但涉及的以上问题也还是需要进一步改进。燃料电池是另一种技术,因其技术成熟性、燃料(主要是液态氢)贮存和控制方面的问题,可以说还不能马上成为成熟的量产产品。而对纯电动车的混合动力来讲,电池的成本、重量、可靠性、寿命、包括充电问题将是政府、汽车公司所面临的主要问题。当然因为电动车的环保优势,各国政府均在采取鼓励政策。我们也希望电动车市场能够尽快有长足的发展。

  最新的电子动力系统控制技术已经证明可以帮助降低排放量、提高燃油效率,并将更多引擎动力传输到路面。飞思卡尔在电子汽油发动机管理领域具有优势,提供先进的嵌入式控制器、传感器技术、动力管理组件和动力制动器驱动,使新车辆更加经济,并保护环境。而且飞思卡尔将继续把引擎控制技术引入到新兴应用中,如混合车辆控制和普通线路的柴油发动机管理。

  飞思卡尔对国内重要客户的支持(如比亚迪等)包括技术交流、产品定价等,同时与奇瑞和东风合作的汽车电子联合实验室,并且未来还将扩展到其它整车厂商。此外,飞思卡尔还与清华大学、同济大学和上海交大等高等院校进行相关的合作和研究。

  

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关键字:汽车电子  节能减排  新能源汽车  燃油效率

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2011/0314/article_3407.html
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