《電子技術(shù)應(yīng)用》
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新能源汽車勢(shì)不可擋

2012-05-09

在節(jié)能環(huán)保的大環(huán)境下,,新能源汽車的發(fā)展是大勢(shì)所趨,。市場(chǎng)何時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)爆發(fā)式的增長(zhǎng),? 新能源汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)何在,? 半導(dǎo)體產(chǎn)品如何給力新能源汽車?

GEC:新能源汽車是順應(yīng)全球節(jié)能環(huán)保大趨勢(shì)的新興產(chǎn)業(yè),,是近幾年來國內(nèi)外關(guān)注的熱點(diǎn)市場(chǎng)。你能否介紹一下目前國內(nèi)外新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況,?

康曉敦:毫無疑問,,新能源汽車是全球一直關(guān)注的熱點(diǎn)。車內(nèi)外幾乎所有的汽車大企業(yè)都在進(jìn)行相關(guān)汽車的研發(fā),。同時(shí)也得到了各國政府的大力支持,,國內(nèi)外也均有量產(chǎn)車型推出,。相比國外一些成熟的新能源車型,國內(nèi)新能源汽車的開發(fā)雖然比較早,,但發(fā)展的速度并不快,,現(xiàn)在已經(jīng)明顯落后。預(yù)計(jì)從2015年開始,,新能源量產(chǎn)車型會(huì)有一個(gè)比較大的增長(zhǎng),,互2020年之后,可形成真正的大批量生產(chǎn),。

于宗源:新能源汽車是這幾年國內(nèi)汽車行業(yè)的發(fā)展重點(diǎn),,尤其是從2009年中國成為世界第一汽車生產(chǎn)和消費(fèi)國。新能源汽車也經(jīng)歷了數(shù)次的調(diào)整,,從輕混,、中混到插電式、增程式,,以及純電動(dòng)汽車,,每個(gè)領(lǐng)域都有數(shù)家企業(yè)取得重大成果。從全球來看,,混合動(dòng)力車和純電動(dòng)車也都保持了高速發(fā)展,,大概有25%和40%的增長(zhǎng)點(diǎn)。

李曉鶴:我們接觸到很多國內(nèi)外整車廠,,配件,、動(dòng)力電池和配套設(shè)施企業(yè),以及大學(xué),、公共研究機(jī)構(gòu)的同行,,看到整個(gè)產(chǎn)業(yè)都在投入巨大的人力物力研發(fā)核心技術(shù)。許多成果讓我們十分尊敬和驕傲,。應(yīng)該說技術(shù)的突破和市場(chǎng)的形成只是時(shí)間問題,。

GEC:目前看來,國內(nèi)的新能源汽車的發(fā)展似乎有雷聲大雨點(diǎn)小之嫌,。您認(rèn)為,,中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展遭遇到什么樣的瓶頸?市場(chǎng)什么時(shí)候能夠真正上量并實(shí)現(xiàn)真正大規(guī)模的應(yīng)用,?

康曉敦:電池的重量,、價(jià)格、可靠性一直是電動(dòng)車和混合動(dòng)力車發(fā)展的瓶頸,。從汽車電子系統(tǒng)方面其實(shí)已經(jīng)沒有特別困難,。當(dāng)然除了電池,整車也需要有很好的系統(tǒng)集成,,也需要一定經(jīng)驗(yàn)積累和較長(zhǎng)時(shí)間的驗(yàn)證,。所以真正要大量被消費(fèi)者接受,,還應(yīng)該有一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間應(yīng)該是在2020年以后,。

于宗源:新能源汽車有著許多區(qū)別于傳統(tǒng)汽車的領(lǐng)域,,技術(shù)的發(fā)展總是要經(jīng)歷一次次的突破和創(chuàng)新才能成熟。再加上鋰電池價(jià)格等因素,,才造成當(dāng)前的新能源汽車格局,。隨著國家新能源車的積極政策,以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái),,中國的新能源汽車市場(chǎng)將會(huì)很快迎來高速發(fā)展的階段,。

李曉鶴:不可否認(rèn),新能源車的普及是一個(gè)系統(tǒng)工程,,從動(dòng)力電池性能和壽命的提升,,成本的下降和制造一致性的提高,到整車控制系統(tǒng)的改進(jìn)和安全性的提升,,一直延伸到基礎(chǔ)設(shè)施和智能電網(wǎng)的建設(shè),,商業(yè)模式探索,最終到消費(fèi)者購買和駕駛行為習(xí)慣的轉(zhuǎn)變,。整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的形成需要時(shí)間,。中間我們也會(huì)看到一些過渡性的技術(shù)和現(xiàn)象。例如特殊功能和商用車電動(dòng)車的應(yīng)用,,混動(dòng)車和增程式電動(dòng)車的率先發(fā)展,,在大型國際城市首先出現(xiàn)的愿意為電動(dòng)車的社會(huì)屬性改變個(gè)人行為的群體。

GEC:同傳統(tǒng)汽車相比,,新能源汽車對(duì)于汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了哪些技術(shù)上的挑戰(zhàn),?半導(dǎo)體技術(shù)如何幫助應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)?

康曉敦:上面我們其實(shí)已經(jīng)提到電池系統(tǒng)對(duì)于電動(dòng)車和混合動(dòng)力車的挑戰(zhàn),。另外,,電機(jī)控制系統(tǒng)和整車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是電動(dòng)車和混合動(dòng)力車所面對(duì)的重點(diǎn)部分。無論面臨哪些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),,飛思卡爾豐富的汽車微控制器,、集成電路和傳感器解決方案,以及不斷增強(qiáng)的開發(fā)工具和技術(shù)支持,,都可以提供幫助,。我們不僅在新能源汽車方面,同時(shí)在動(dòng)力總成,、車身,、底盤與安全、信息娛樂系統(tǒng)和車載信息服務(wù)以及車載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面,,為設(shè)計(jì)師取得下一代汽車設(shè)計(jì)技術(shù)突破提供全面支持,。

于宗源:混合動(dòng)力車的電機(jī)與傳統(tǒng)汽車系統(tǒng)配合方面有難點(diǎn),而純電動(dòng)車的電源管理也有別于傳統(tǒng),。再加上規(guī)格更高安全性要求,,都是對(duì)新能源汽車設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。作為半導(dǎo)體公司,,目前我們致力于幫助車廠分析難點(diǎn),,盡量提供更加專業(yè)的芯片或模組方案。比如集成度更高的電機(jī)控制模塊,、電池監(jiān)控單元,、高性能高安全性的汽車單片機(jī),力爭(zhēng)將更多的難點(diǎn)由硬件直接化解,,減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度并提升安全性,。

李曉鶴:從半導(dǎo)體技術(shù)的角度,可以分成三個(gè)層面,。第一是傳統(tǒng)車,、混動(dòng)車和電池車共同面對(duì)的提高整車驅(qū)動(dòng)能效的挑戰(zhàn)。不同的是傳統(tǒng)車,、混動(dòng)車體現(xiàn)在減排而電池車體現(xiàn)在增程,。恩智浦在這方面已經(jīng)做了很多工作。作為車載CAN,、LIN,、FlexRay網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器全球最大的供應(yīng)商,17年來我們一直在致力于電控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化,。在輕質(zhì)化的同時(shí)提高整車能量管理水平,。最近我們還在推動(dòng)局部工作網(wǎng)絡(luò)(Partial Networking) 在ISO11898和AUTOSAR中的標(biāo)準(zhǔn)制定和前期研發(fā), 這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以節(jié)約多至70瓦的系統(tǒng)能耗。電助力和實(shí)時(shí)雙離合變速器可以降低整車能耗5%~10%,,恩智浦磁阻傳感器和FlexRay收發(fā)器是該系統(tǒng)的核心部件之一,。固態(tài)照明可以提高照明系統(tǒng)能效50%,恩智浦汽車級(jí)固態(tài)照明系統(tǒng)就是專為此應(yīng)用設(shè)計(jì),。恩智浦新型Class-D功放不僅將能源利用率從Class-AB的50%提高到90%,,同時(shí)可以支持微混系統(tǒng)的工作要求,并通過主動(dòng)降噪等技術(shù)進(jìn)一步提高能效,。

第二是電池車帶來的特有的技術(shù)挑戰(zhàn),。例如電池車中12V車載網(wǎng)絡(luò)和400V~600V高壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)并存,帶來對(duì)高耐壓和高抗干擾的電流隔離的需求,。模塊化動(dòng)力電池組,,尤其是在中國被廣泛采用的磷酸鐵鋰電池對(duì)分布式電池管理系統(tǒng)的測(cè)量精度、通訊可靠性和功能性安全等級(jí)(ASIL)提出了新的挑戰(zhàn),。另外電池車因?yàn)槌潆姾驮\斷功能,,很多電控單元不會(huì)像傳統(tǒng)車進(jìn)入關(guān)斷或休眠狀態(tài),,對(duì)整車網(wǎng)絡(luò)的的能量管理策略和單個(gè)模塊的工作壽命都有更為嚴(yán)格的要求。Partial Networking可以實(shí)現(xiàn)用軟件實(shí)時(shí)配置能量管理策略,,降低充電能耗的同時(shí)提高核心模塊在電池車中的壽命,。

第三是基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),所謂基礎(chǔ)設(shè)施不僅指充電/換電設(shè)施,、智能電網(wǎng)和智能交通系統(tǒng),,同時(shí)也包括如何能把各種替代交通方式,例如公交,、汽車共享(Car Share),、汽車合乘(Car Pooling)和私車無縫結(jié)合,從而提升電池車整體用戶體驗(yàn),,降低普及的難度,。恩智浦推出的ATOP(Automotive Telematics On-board unit Platform)平臺(tái),將GPS,、NFC,、安全驗(yàn)證、通訊模塊,、USB,,、CAN總線、電池管理集成在硬幣大小的模塊中,,可以快速實(shí)現(xiàn)節(jié)能車聯(lián)網(wǎng)(ECO-Telematics),,包括智能交通、節(jié)能行駛,、汽車共享認(rèn)證和計(jì)費(fèi),、遠(yuǎn)程電池診斷和充電路線選擇等功能。試想你在午餐時(shí)電池車留在停車場(chǎng)充電,,不用離開餐桌就可以通過iPhone讀出停車位置,,檢查充電進(jìn)度和費(fèi)用,提前打開空調(diào),,并計(jì)劃下午去市中心最經(jīng)濟(jì)的行車,、停車、充電路線和定位預(yù)訂另一輛共享電池車的情景,。

GEC:新能源汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),,包括電機(jī)控制的車載化,是技術(shù)難點(diǎn)之一,,半導(dǎo)體技術(shù)如何幫助汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)商解決這個(gè)難點(diǎn),?

康曉敦:隨著半導(dǎo)體技術(shù)的提高,電機(jī)控制的難度也有所下降。半導(dǎo)體公司通過將很多電機(jī)控制的算法等經(jīng)過硬件管理控制,,可以解決電機(jī)控制方面很多問題并簡(jiǎn)化電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),。同時(shí),類似雙核MCU的推出,,可以大大提高電機(jī)控制的可靠性,。并通過增加更多的接口,來實(shí)現(xiàn)新能源汽車各系統(tǒng)之間的聯(lián)系,。

于宗源:以我們?nèi)鹚_電子為例,2011年我們推出了兩個(gè)系列的電機(jī)專用芯片:PJ4-E 和SH2A,。這兩個(gè)系列都采用了內(nèi)置旋變解碼器(RDC),,專業(yè)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)定時(shí)器,此外PJ4-E系列還具有雙路電機(jī)控制,,6路AD同時(shí)采樣,,以及鎖步雙核滿足ISO26262的安全標(biāo)準(zhǔn)。這些設(shè)計(jì)將極大的優(yōu)化電機(jī)設(shè)計(jì),,實(shí)現(xiàn)高性能高安全性,,精簡(jiǎn)板卡尺寸,降低方案成本,。

GEC:電池管理系統(tǒng)與節(jié)能技術(shù),,包括充電技術(shù),電池技術(shù),,是新能源汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的又一難點(diǎn),,半導(dǎo)體技術(shù)如何幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)商解決這個(gè)難點(diǎn)?

于宗源:電池管理也是新能源汽車的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù),。瑞薩電子正在開發(fā)電池管理監(jiān)控器件,,該器件內(nèi)置了高精度、高速的12bit和14bit ADC,,可管理12個(gè)電池芯,,支持多種電池均衡功能,并達(dá)到業(yè)界領(lǐng)袖的功耗水平,。與瑞薩電子低成本的MCU配合可組成一套完整的單體電池監(jiān)控單元,。同時(shí),瑞薩也有適用于充電技術(shù)的MCU和功率模塊,。瑞薩電子的產(chǎn)品都是按ISO-26262的功能安全要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的,。

李曉鶴:針對(duì)電池技術(shù)帶來的特有的技術(shù)挑戰(zhàn),例如電池車中12V車載網(wǎng)絡(luò)和400V~600V高壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)并存,,帶來對(duì)高耐壓和高抗干擾的電流隔離的需求,;模塊化動(dòng)力電池組,尤其是在中國被廣泛采用的磷酸鐵鋰電池對(duì)分布式電池管理系統(tǒng)的測(cè)量精度,通訊可靠性和功能性安全等級(jí)(ASIL)提出了新的挑戰(zhàn),;另外電池車因?yàn)槌潆姾驮\斷功能,,很多電控單元不會(huì)像傳統(tǒng)車進(jìn)入關(guān)斷或休眠狀態(tài),對(duì)整車網(wǎng)絡(luò)的的能量管理策略和單個(gè)模塊的工作壽命都有更為嚴(yán)格的要求,;Partial Networking可以實(shí)現(xiàn)用軟件實(shí)時(shí)配置能量管理策略,,降低充電能耗的同時(shí)提高核心模塊在電池車中的壽命。

GEC:貴公司提供哪些針對(duì)新能源汽車應(yīng)用的產(chǎn)品和解決方案,?能夠幫助新能源汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決哪些瓶頸問題,?

康曉敦:飛思卡爾提供微控制器、智能模擬器件和傳感器,,并廣泛使用在汽車動(dòng)力系統(tǒng),,汽車底盤和安全系統(tǒng),汽車車身電子和防盜系統(tǒng),,以及汽車信息娛樂系統(tǒng)中,。飛思卡爾幾年前就已經(jīng)開始致力于電動(dòng)車和混合動(dòng)力車。我們的16位,、32 位MCU已經(jīng)被很多主機(jī)廠用于電動(dòng)車和混合動(dòng)力車的控制,,包括電機(jī)控制、電池管理,、整車控制等,。在混合動(dòng)力車方面,我們還有一些用于微混系統(tǒng)的產(chǎn)品,,如基于HDTMOS6 Power MOSFET技術(shù)的單片系統(tǒng)芯片可用于起/停系統(tǒng)的電池監(jiān)控,。同時(shí),更多的電動(dòng)車和混合動(dòng)力車用器件將會(huì)在2012年陸續(xù)推出,。

于宗源:我司正在推出全系列半導(dǎo)體產(chǎn)品,,包括電機(jī)控制芯片、電池管理監(jiān)控芯片,、IGBT,、預(yù)驅(qū)控制、充電模塊,。同時(shí)我們的電機(jī)ECO系統(tǒng)已經(jīng)正式建立,,可以為中國廣大的電機(jī)客戶提供高質(zhì)量的電機(jī)控制方案和策略。而且我們還從國外引進(jìn)了多年合作的第三方設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì),,能夠給予客戶全套的汽車電機(jī)解決方案,,為中國新能源汽車做出自己的一份貢獻(xiàn)。

李曉鶴:恩智浦針對(duì)新能源汽車應(yīng)用的產(chǎn)品和解決方案包括:

應(yīng)用局部工作網(wǎng)絡(luò)器件降低車載網(wǎng)絡(luò)功耗(節(jié)能多至70W)和提高電池車常電模塊的壽命

應(yīng)用磁阻傳感器,,F(xiàn)lexRay等產(chǎn)品設(shè)計(jì)電助力,,雙離合變速器(節(jié)能5-10%)

應(yīng)用汽車固態(tài)照明器件提高50%照明系統(tǒng)能效

應(yīng)用Class-D功放將音頻系統(tǒng)效率提升至90%及配合微混設(shè)計(jì)

應(yīng)用ATOP實(shí)現(xiàn)節(jié)能車聯(lián)網(wǎng)(ECO-Telematics) 智能交通,節(jié)能行駛,汽車共享,,遠(yuǎn)程診斷和充電規(guī)劃

GEC:您對(duì)中國本土新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景是如何看待的,?他們有什么樣的機(jī)會(huì)?面臨的挑戰(zhàn)有哪些,?貴公司如何支持中國本土新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,?

康曉敦:綠色、安全,、娛樂,,應(yīng)該是永遠(yuǎn)不變的主題,在中國也是一樣,。當(dāng)然根據(jù)中國的特點(diǎn),,這三者也會(huì)稍有不同。特別是中國有很多低端車型需要一些功能相對(duì)較低,、同時(shí)價(jià)格也相對(duì)低廉的汽車電子產(chǎn)品。

中國本土汽車電子無論從規(guī)模,、技術(shù)實(shí)力等方面均還比較差,。主要集中在以車身電子為主的低端汽車電子方面。在發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)方面幾乎為零,,近期內(nèi)也很難與國外大的汽車電子公司競(jìng)爭(zhēng),。但相對(duì)傳統(tǒng)車而言,在新能源汽車方面,,中國的技術(shù)水平相對(duì)落后得不太多,。所以,加大新能源汽車電子控制技術(shù)的投入,,除了能夠從國外汽車電子供應(yīng)商那里拿到更多的市場(chǎng)份額外,,發(fā)展新能源汽車也是降低碳排放的好方法。

面向降低排放和保護(hù)環(huán)境的要求,,飛思卡爾推出了新一代的基于32位Qorriva MCU的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)解決方案,。飛思卡爾在發(fā)動(dòng)機(jī)控制、新能源車的整車控制,、電機(jī)控制,、電池管理方面均有相應(yīng)的解決方案,也是降低CO2排放方面有效的解決方案,。當(dāng)然,,性價(jià)比也非常重要,32位Qorriva MCU由于其先進(jìn)的工藝性能(如已經(jīng)開始有55nm的產(chǎn)品),,可以大大提高產(chǎn)品的性價(jià)比,。同時(shí)我們單片機(jī)、傳感器、模擬器件等所有汽車

電子半導(dǎo)體器件以零缺陷的設(shè)計(jì)理念,,均能滿足汽車惡劣環(huán)境的要求,。另外,針對(duì)汽車產(chǎn)品使用周期較長(zhǎng)的特點(diǎn),,我們的很多產(chǎn)品均可滿足最小15年的生命周期,。

于宗源:中國本土的新能源汽車設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)有很多,尤以各大車廠為主,。目前,,很多車廠都已經(jīng)掌握了部分的核心設(shè)計(jì)技術(shù),整體水平正在穩(wěn)步提升,。隨著油價(jià)的進(jìn)一步提升,,政府政策的明晰化,中國的新能源汽車產(chǎn)品將會(huì)蓬勃的發(fā)展起來,。瑞薩電子也將會(huì)積極加入到中國這場(chǎng)新能源汽車的會(huì)戰(zhàn)中,,并提供世界一流的汽車電子半導(dǎo)體產(chǎn)品和方案。

李曉鶴:對(duì)于電動(dòng)車成功的關(guān)鍵,,目前還有許多技術(shù)的,、市場(chǎng)上的雞生蛋還是蛋生雞的問題待解決。跳出細(xì)節(jié),,如果我們同意一個(gè)基本看法,,即技術(shù)突破和市場(chǎng)規(guī)模是時(shí)間問題,這里成功的關(guān)鍵回到了投資者的耐心,、研發(fā)的投入,、消費(fèi)者的信心能否堅(jiān)持到產(chǎn)業(yè)成熟的轉(zhuǎn)折點(diǎn),而此間是否有其他替代技術(shù),、經(jīng)濟(jì)政策因素和偶然性事件出現(xiàn),。我們認(rèn)為整個(gè)產(chǎn)業(yè)務(wù)實(shí)的研發(fā)態(tài)度、國家明確和有重點(diǎn)的扶植政策,、產(chǎn)業(yè)鏈上下游各企業(yè)/地方和科研機(jī)構(gòu)更廣泛的協(xié)作,對(duì)電池車能否順利到達(dá)此轉(zhuǎn)折點(diǎn)會(huì)起到至關(guān)重要的作用,。

恩智浦制定了開發(fā)多種節(jié)能技術(shù)的獨(dú)立計(jì)劃,其涵蓋了我們的整個(gè)產(chǎn)品組合,,包括車身電子設(shè)備,、生態(tài)遠(yuǎn)程信息技術(shù)、EPS,、啟停系統(tǒng),、傳輸和汽車照明。這些節(jié)能元器件可以使電動(dòng)汽車受益,,延長(zhǎng)行駛距離,。對(duì)于專門針對(duì)純電動(dòng)汽車的技術(shù),,恩智浦將于2012年推出用于隔離車載網(wǎng)絡(luò)的半導(dǎo)體解決方案。這些解決方案旨在保護(hù)乘客和敏感電子元件,,免于高壓電池網(wǎng)絡(luò)的影響,。基于對(duì)中國在純電動(dòng)汽車領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的認(rèn)知,,恩智浦將電動(dòng)汽車業(yè)務(wù)開發(fā)管理團(tuán)隊(duì)遷到了中國上海,,與新成立的銷售和和營(yíng)銷總部并肩作戰(zhàn)。

飛思卡爾半導(dǎo)體汽車電子高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理 康曉敦

瑞薩大中國區(qū)汽車電子產(chǎn)品中心市場(chǎng)經(jīng)理于宗源

恩智浦半導(dǎo)體汽車電子事業(yè)部業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)李曉鶴

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