产业链加快研发步伐
“我们预测2012年全球将有200万辆混合动力车和电动车,并且还会快速增长下去。从中长期看,混合动力车和电动车的市场份额也会快速增大,未来在城市或者人口密集的区域,他们将越来越重要。”大陆集团混合动力电动车事业部企业传讯及销售总监莫无为告诉记者。
而正是基于对混合动力汽车市场的看好,大陆集团今年6月份收购了日本专业锂电池公司英耐时(ENAX)的股份,共同致力于混合动力与电力驱动的锂电池研发。大陆集团还将于今年年底首次启动高性能锂电池的批量化生产,应用于梅赛德斯S400BlueHYBRID轿车上。而与之不谋而合的是同月丰田宣布与松下电器合作开发新一代混合动力车用锂铁离子电池,并将于2009年正式量产,以继续巩固丰田普锐斯(PRIUS)在混合动力汽车上的领先地位。
据悉,自1997年在全球率先开始销售搭载油电混合动力技术以来,丰田在全球范围内已销售了共140多万辆混合动力车,丰田相关负责人表示努力争取在2010年前后实现年销量100万辆。
从今年4月的北京车展我们也可以看出,无论是国外品牌,还是自主品牌都推出一系列混合动力汽车产品。长城的哈弗混合动力车时速可达160公里,达到欧IV排放标准,可实现节油15%以上。奇瑞的混合动力A5搭载ISG(集成启动电机)、BSG(皮带驱动启动电机)混合动力技术,与传统轿车相比,平时可节省燃油10%~15%,并同时减少二氧化碳排放约12%。7月11日,在奥运新能源示范应用车辆的交接仪式上,奇瑞汽车向科技部及北京市领导交付了50辆奇瑞A5轿车。
产业链上游的芯片企业和零部件企业也围绕着混合动力汽车,推出一系列产品。电装可应用于混合动力上的产品包括高效功率驱动单元、DC-DC(直流-直流)变压器、电池监视单元、电流传感器、高压继电器等,并已搭载在雷克萨斯GS450h、佳美混合动力版、大霸王混合动力版等车上。英飞凌推出混合动力汽车上应用的HybridPACK1的IGBT(绝缘栅双极型功率管)模块,NS(美国国家半导体)推出应用于混合动力控制的模拟集成电路。
发展仍面临一些障碍
“混合动力车的比例目前的确比较低,但具有良好的发展势头,目前主要的障碍是:第一,混合动力系统的设计需要将电动马达与未来的动力驱动系统融合在一起;第二,需要开发全套的电子系统来管理混合动力系统;其三,需要开发稳定的电池与电池模块;第四,混合动力汽车成本过高,包括开发成本与最终到达消费者终端的产品成本。”麦格纳国际亚太区执行副总裁弗兰克·奥博恩告诉记者。
“目前替代能源车辆所占比例确实比较小,在传动系上应用新技术是一项非常复杂的任务,因此需要花费一定的时间。”英飞凌科技亚太私人有限公司汽车、工业及多元化电子市场事业部消费与工业功率产品总监VivekMahajan如此表示。
为了解决这些障碍,企业开始与政府部门持续合作以获得政府的资助,并与大学建立合作开发项目;同时,汽车制造商与零部件商间必须增加技术共享,不过最重要的是整个产业链的合作,没有一个公司能够独自解决这个问题。
厂商策略
大陆集团混合动力电动车事业部企业传讯及销售总监莫无为:
启动混合动力用功率电子模块及高性能锂电池
亚洲汽车业正努力开发混合动力车和电动车技术以提升竞争力,计划投入生产的目标时间与欧美发达地区汽车业的相近。中国与其他国家不同之处在于当地的市场环境与当地对技术的不同需求,这也可以清楚地从当地OEM(原始设备制造商)厂商反映出来。
为了符合发展的进一步需求,结合过去多年在电动化驱动领域的经验,我们看到混合动力车和电动车发展具有巨大的市场前景。德国大陆集团的目标很明确,作为混合动力车和电动车的供应商,要维持我们领先的地位。
我们开发了可应用于从混合动力、电动车到燃料电池车的电机,模块化的功率电子组件和锂电池组件。此外,我们已在研发下一代产品,旨在缩小尺寸、降低成本的同时提升性能。通过降低体积,我们帮助OEM厂商将之前传统发电机的空间用于功率电子模块,因为对于混合动力车而言一般不再需要此空间。
我们正在与世界领先的变速箱生产商ZF(采埃孚)合作,开发完整的混合动力传动系统;并且,我们已与知名的锂电池生产商ENAX(英耐时)达成合作协议。我们会不断关注此市场的发展和各种需求,如有必要,我们会商讨进一步的合作计划。
在混合动力车上,德国大陆主要的里程碑是2003年我们为GM(通用)Sierra(希塞拉)和Silverado(雪佛兰)车型首次量产混合动力部件以及即将开始新一代模块化组件的生产。此外,大陆集团今年年底将首次启动功率电子模块及高性能锂电池的批量生产,并应用于梅赛德斯S400BlueHYBRID轿车上。
麦格纳国际亚太区执行副总裁弗兰克·奥博恩:
致力节能环保技术满足不同客户需求
目前混合动力车是节能环保重要的一部分,它也是北美现阶段节能的主要方法。不过,它只是一个短期的解决方案,从长期来看,大约在2020年后,电动、燃料电池和氢燃料车辆商用的进程可能会超过混合动力车。
麦格纳经营的几个子系统都致力于生产环保和混合动力的产品,相关产品有麦格纳动力与驱动系统的混合动力齿轮箱和驱动桥,麦格纳电子系统的电动控制模块,麦格纳卡斯马国际的轻型车架和车身,麦格纳坐椅系统与外饰系统的轻型可回收生化材料,麦格纳斯太尔HySUV、米拉、阿尔卑斯等一系列概念车及展示专用车,此外还有氢燃料存储容器和电池模块。
在下游,我们正在与整车客户合作开发电动汽车和混合动力技术;在上游,我们已经做了大量工作去鉴别和评估供应商实现所需技术的能力,如电动机、电池单元、电池管理系统、加热和空调系统以及电子系统。
伴随着麦格纳每个子系统的发展,以及那些以减轻重量、增加燃料使用效率和减少排放的绿色技术的执行计划,麦格纳密切地参与欧洲与北美市场。麦格纳最根本的理念是满足每位顾客独特的需求,就混合动力车来说,即便客户的需求纷繁复杂,我们仍然可以提供多种选择,同时我们可以完全贴合每位顾客的需求来选择供应商。
英飞凌科技亚太私人有限公司消费与工业功率产品总监VivekMahajan:
开发混合动力汽车用IGBT模块
随着环境的恶化和能源的紧缺,越来越多的人开始关注混合动力汽车,但混合动力汽车仍然面临几个瓶颈,譬如电池成本、使用寿命和外围基础设施。
在“863项目”大力扶持之下,中国政府与多家研究所和企业一起进行项目的研发,旨在完善整个价值链,为电动汽车和混合动力汽车的开发和商用提供支持。我们看到已经有几家汽车厂商推出了他们首批混合动力汽车车型。此外,在北京、上海和其他几个城市几款电动公交车已投入运行。综上所述,可以说中国已经制定出一个完备的计划以应对环境恶化和燃料短缺问题,为经济的快速发展提供有力的支持。
为了激励车队运营商(如出租车公司和公交公司),发展基金会与当地的行业协会携手加速开发混合动力车。我们已经看到北京理工大学、天津大学、中科院等机构都在研究电动车的原型样车、仿真车和标准。
英飞凌是功率半导体和汽车电子器件的主要供应商,在高功率半导体领域,英飞凌是整个电力能源供应链的创新者和供应商,包括从风能和太阳能逆变器等发电领域到高效输电领域,再到空调、列车和工业焊接等领域。
在混合动力汽车领域,我们开发出被称之为HybridPACK1的IGBT(绝缘栅双极型功率管)模块。英飞凌HybridPACK1是一种IGBT功率模块,经过专门设计,适用于最大电池电压为450V且功率高达20kW的轻度混合动力汽车。这种模块以英飞凌领先的IGBT沟槽栅场截止技术为基础,可实现较低的开关损耗。HybridPACK1经过专门设计,长期工作结温为150℃,采用六管三相桥结构,额定值高达400A/600V。
HybridPACK1适用于风冷或低温液体(相对于发动机水冷系统)冷却的逆变器系统,采用高性能陶瓷衬底和英飞凌增强型引线键合工艺的扁平铜基板,适用于轻型混合动力逆变器。对于结构紧凑的逆变器设计而言,驱动级板PCB(印制电路板)可方便焊接在模块的顶部,所有连接可通过螺钉端子实现。我们还提供汽车级的基于空芯无磁性变压器技术的IGBT驱动IC1ED020I12-FA。
我们正在进行下一步的开发,即开发适用于全混合动力汽车的IGBT模块,同时也在开发采用液体直接冷却并最大限度减少所需冷却液容积的逆变器。英飞凌十分注重转换效率、高功率密度、小尺寸和高可靠性。HybridPACKIGBT模块将采用汽车专用的生产线制造,在此我们吸收了丰富的汽车半导体制造经验,同时奉行“零缺陷原则”,英飞凌还在开发“电池管理系统”,这也是决定混合动力汽车成功与否的关键因素。
我们组建了一个遍布德国、美国、中国、日本与韩国的应用工程师团队,英飞凌积极与中国的高校和ODM(原始设计制造商)合作,确保在当地开发出具备竞争力的高效解决方案。英飞凌将推出HybridPACK套件,方便客户启动混合动力汽车和电动汽车完整逆变器的开发。HybridPACK套件将包括IGBT模块、水冷器、驱动器板、适配器板和16位/32位TriCore微控制器。英飞凌还将提供有关使用寿命模拟和计算的培训,此外还将与研究机构、ODM和汽车厂商合作,加快开发速度。
美国国家半导体亚太区电源管理产品市场营销经理吴志民:
利用模拟集成电路控制混合动力系统
混合动力汽车与传统的汽车不同,后者采用传统的动力传动系统,主要倚靠内燃机提供动力,但混合动力汽车则采用全新的动力传动系统,必须通过集成电路控制来改良发动机、交流发电机、电池管理系统以及电动马达系统。
在混合动力汽车中很多重要的控制功能,例如准确感测温度功能以及准确监控电流和电压功能,都是由高精度运算放大器、模拟/数字转换器、数字/模拟转换器、温度传感器以及电源管理芯片等基本的模拟电路负责执行。此外,混合动力汽车的电源供应系统必须采用这些基本的模拟电路才可确保供电电压范围更为广阔。
毫无疑问,混合动力汽车必须采用大量半导体元件,才可支持功率密度极高而又安全的电池系统,从而大幅缩短充电时间并提高动力传动系统的能源效率。这些重要功能以及其他更为复杂的功能都由模拟集成电路负责执行,但模拟电路必须能够在高电压及高功率密度的环境下操作。例如,变速箱的温度会高达175℃,而控制电动马达的电子控制系统可能要在125℃的温度环境下操作。美国国家半导体的PowerWise芯片产品都可在这样极端的环境下支持准确的感测及其他功能。
混合动力汽车对电子器件的体积、功耗都提出了更高的要求,美国国家半导体的LM310x同步整流稳压器非常适用于它,其特点是输入电压范围极为广阔,而且可以提高系统的功率密度。对于必须“长期开启”的子系统来说,其中的静态电流必须极低,才可延长电池寿命。美国国家半导体的LM2600x系列芯片可满足这类子系统的要求,因为在低负载情况下该系列芯片的静态电流都低于其他竞争产品,而且满载时效率也极高。
许多汽车生产商都采用美国国家半导体最新推出的LM5118PowerWise升压/降压控制器,以便为车内主要的直流/直流电路提供偏压。这款控制器芯片不但设有创新的升压/降压切换模式,而且适用于极为广阔的输入电压范围,因此无论输入电压高低,都可确保输出电压保持稳定,而且效率也能保持在极高的水平。
此外,美国国家半导体还提供多款可支持降压、升压或升压/降压配置的LED(发光二极管)驱动器,确保客户可以轻易利用12V、24V或42V的电池为汽车LED灯提供驱动电流。美国国家半导体的Q级优质保证温度传感器系列有多个不同型号可供选择,其中的LM94022Q模拟温度传感器及LM95235远程二极管温度传感器可以支持PowerWise温度感测功能,最适用于变速箱、电池组及马达控制系统,确保可以准确控制各热点的温度。
丰田汽车相关负责人:
2020年所有车型加载混合动力系统
混合动力技术可以应用到所有动力传动系统,丰田将其定位为21世纪的核心技术。混合动力技术在节能、环保方面的出色表现决定了它是未来汽车社会强有力的推动者。
目前中国政府对环境问题愈加关注,并积极倡导发展节能环保车,推进节能以及环保车产业化、商品化。政府的相关鼓励优惠政策的出台,会促进中国环保意识进一步的提高,同时会对新能源车的发展有着积极的促进作用,丰田也欢迎相关政策出台。
近年来中国本土汽车企业发展迅猛,并逐步投身新能源车市场,虽然市场竞争日益激烈,但更多的人开始关注节能环保问题,这也是我们的期望所在,希望能有更多的企业投身此领域,共同为节能环保事业贡献力量。中国市场潜力巨大,每个厂家都有自己的发展空间,都能充分发挥各自优势,并与中国市场共同成长。
混合动力是将两种能源有效结合,充分发挥两种能源的优势,以达到事半功倍的效果,不仅可以是汽油发动机与电动机的混合,也可以是柴油发动机与电动机的混合等。
丰田大约从40多年以前就开始了混合动力车的开发,根据丰田公司的2020年远景目标,所有的车型上都要加载混合动力系统。2005年底,丰田与合作伙伴中国第一汽车集团一起在长春实现了普锐斯首次在日本以外的国家和地区的生产,同时,这也是第一款在中国生产和销售的混合动力车。丰田混合动力系统THSII完美地结合了汽油发动机和电动机的双重优点,使驾驶性能大幅提升成为现实。
电装相关负责人:
混合动力新产品主要面向国外市场
电装的混合动力车用产品主要有高效功率驱动单元、DC-DC(直流-直流)变压器、电池监视单元、电流传感器、高压继电器等。
混合动力车用功率驱动单元将混合动力车主电池提供的直流电转换为交流电,并驱动电机为混合动力车提供动力。面对混合动力车产品高功率、小型化的要求,电装混合动力车用高效功率驱动单元采用了双面散热功率模块与双面冷却系统,伴随冷却性能的大幅提升,实现了功率密度(单位体积功率)提升60%的效果。
DC-DC变压器将混合动力车主电池的高压电(288V)转化为低压电,在为辅助电池(12V)充电的同时,可为12V用电负荷产品(灯光、雨刷、喇叭等)提供用电。
电池监视单元为了使高压电池高效率的工作,随时监测电池的电压、电流、温度。由于在高压电检测部分使用了开关电容技术,使得高速、高精度的电池电压检测与小型化并存。丰田的普锐斯上都采用了以上产品,不过,中国市场混合动力车比较少,因而我们的新产品还未在中国市场上出现;在中国以外的市场,电装上述产品主要搭载的车型有雷克萨斯GS450h、佳美混合动力版、大霸王混合动力版等。