工业和信息化部主管 中国电子报社主办
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半导体

半导体厂商积极备战新能源汽车

  飞思卡尔半导体(中国)有限公司中国区汽车电子经理康晓敦:
  对MCU和功率器件提出更高要求
  ●电动车和混合动力汽车对MCU的要求更高。
  ●混合动力汽车对大功率器件的要求在于:一是更高的工作温度;二是具有高的耦合频率以及更小的尺寸。


  目前中国电动车产业面临的关键问题是电池,这也是电动车发展最大的突破口。电池的主要问题在于重量、价格以及使用寿命等。并且电池某些性能不尽如人意,如某些电池在高速放电时其衰减很厉害,这些技术也需要克服。目前市场上某些电动车重量比传统汽车重了一倍,价格也增加了一倍,这限制了其应用。


  对MCU和功率器件带来新挑战


  除电池以外,电动车和混合动力车在电机控制、电池管理等方面都要进行相应的优化,要考虑整体系统架构的合理设计。比如在混合动力汽车方面,除传统所需的动力、安全等系统外,还需要电池管理、电机控制系统及DC/DC转换等。飞思卡尔在这方面也做了大量工作,开发和设计了相关产品和解决方案。主要包括针对高压电池管理、低压电池管理、弱混中混强混电机控制的MCU,以及纯电动车充电器、逆变器、DC/DC转换和功率器件等。
随着汽车电子的发展,特别是电动车和混合动力汽车节能要求的不断提高,对MCU的要求更高。飞思卡尔在MCU开发方面积累了很多优势,有丰富的产品线,在传统汽车方面的产品有32位MCU、满足欧Ⅴ排放标准的MCU、高压共轨MCU等。目前正在着力提升其性能,进一步开发和量产更高性能的混合动力和电动车需要的MCU。
除了MCU外,飞思卡尔在智能功率器件方面也在加快研发。飞思卡尔拥有传统汽车坐椅控制、车窗控制等所需的功率器件,目前正在研发新能源汽车所需的大功率器件,包括混合动力所需的85V/400A器件,以及最新采用钠化稼技术开发的功率器件。混合动力汽车对大功率器件的要求在于:一是更高的工作温度,传统汽车的温度要求是125度,而混合动力汽车要求更高;二是具有高的耦合频率以及更小的尺寸,以满足可靠性和发热要求。


  助力合作伙伴提高开发效率


飞思卡尔研发的产品有些已在流片,有些还在设计阶段。在智能电机控制解决方案方面,我们采用专门用于电机控制的32位MCU,它有专门的电机控制算法,性能优异。还有一个16位MCU进行监测保护以及可分立或者集成的智能功率模块。此解决方案适用于不同种类的电机,输出频率为20kHz。在逆变器方面,明年初飞思卡尔会推出模块和解决方案。
未来重点是将我们开发的产品电器化,我们将与产业链各环节厂商加强合作,共同推进。我们已与相关的主机厂建立了联合实验室,专门开发新能源汽车电子产品。同时,我们也在助力合作伙伴的发展,希望他们在使用产品方面可以实现重复利用,比如传统车和电动车都需要的电机驱动、EDS等方面,从而提高开发效率和加快上市。


  瑞萨电子(上海)有限公司汽车电子产品中心高级技术/市场顾问杨峥嵘:
  构筑与汽车有关的智能电网社会
  ●包括新能源汽车在内的多极化、分散型电力系统既可以解决能源供给问题,也可以解决电力网的波动问题。
  ●要使HEMS和CEMS成为现实,就需要在家庭、停车场、道路、商业设施、写字楼之间建立无缝信息通信系统,才能实现能源的有效管理,并能够将电力网络转化为智能电网。


  新能源汽车在中国推动力度非常大,很多企业都在这一领域下工夫。然而,从整个绿色社会角度考虑出发,我们在做汽车电子研究的时候,不能只考虑汽车本身,还要考虑汽车与整个能源网络的关系。尤其是在开发新能源汽车的时候,电动汽车(EV)需要充电,电力来源于普通电网,电网的智能化将得到进一步推动。在这一过程中,我们要考虑汽车、家庭住宅、智能电网等很多环节,我们需要关注这些环节所需要的各种技术。


  供电系统演化为多级分散型


  过去的电力供给系统是由电力公司将供电网络直接接入企业和家庭,因此,供电网络上有很多负载。但是从绿色社会角度考虑,未来的电力供给系统将成为多极化、分散型的电力系统。例如,除了电力公司的供电网络之外,住宅小区中的蓄电池、电动汽车在不用的时候都可以为家庭供电,成为一个个分散电源。
  国外的相关研究表明,当电力供给成为多极化、分散型的电力系统后,包括新能源汽车在内的多极化、分散型电源可以减少电网的波动,这正好做到了一举两得,既可以解决能源供给问题,也可以解决电力网的波动问题。而在这一过程中,将电动汽车与电力基础设施互联是必不可少的。
  但是,这种多极化、分散型的电力系统也使电力供给的预测变得困难,需要我们去研究电力系统的电压波动、剩余电力、频率调整等等。而且,电力网络稳定化后,还需要我们实时地监测电力网络情况,以便实时地给每个家庭提供能源,并实时将剩余能源提供给家庭附近的供电站或交通设施。我们希望电力网络达到的最理想状况是,使用地区、住宅的剩余电力给蓄电池(电动汽车等)充电,在电力不足时,通过蓄电池(电动汽车等)放电实现本地电力供给。这不仅可有效利用能源,还能够避开分散电源对电力系统的影响。当然,在对系统的放电方面,设备自身的频率、电压和失真率等性能非常重要,这可通过功率控制等技术来调整,而如何有效利用AD/DC转换将成为课题。同时,为了实时了解蓄电池(电动汽车等)的能源状况,还需要实时通信系统。为此,未来无线通信也是智能电网和新能源汽车发展方面的重要技术之一。


  能源管理要关注通信系统建设


  电力供给系统的变化也使家庭能源管理系统(HEMS)和地区能源管理系统(CEMS)变得尤为重要。其中,家庭能源管理系统所实现的功能是通过对家用电器使用电力的分配进行有效管理,并通过网关将信息配送到区域性的能源管理系统中,从而实现峰值削除和家庭内部能源供求可视化,并根据需求关闭待机电力或防止外出时不必要的电力使用。而地区能源管理系统要求地区能源公司在住宅设置家庭用燃料电池,电动汽车(包括外置电池)和太阳能光伏电池(PV)。设置场所由住宅所有者免费提供,并且以上设备均为能源公司的资产。在住宅的公共地域设置兆级太阳能光伏电池及外置住宅整体能源变动电池,以此作为住宅整体能源变动的缓冲源使用。
  要使HEMS和CEMS成为现实,实现家庭能源消费的最佳化,就需要在家庭、停车场、道路、商业设施、写字楼之间建立无缝信息通信系统,才能实现能源的有效管理,并能够将电力网络转化为智能电网。通过智能电网的总体管理系统来管理每个小区和每个家庭的能源使用和供给,无线通信设备是必不可少的。而且,各系统之间的信息通信应采用开放且低成本的技术。因此,我们认为,未来车载导航系统要在目前功能的基础上能够连接到能源管理系统,提供相应的信息,这是对未来车载导航系统提出的新要求。
  实际上,瑞萨在很多年前就进行了相关的开发研究。我们基于IEEE1609和802.11p通信协议设计研发了WAVE通信终端。该终端是大容量实时无线传输通信系统,可以考虑作为移动车辆的能源管理、能源信息提供设备使用。目前,欧、美、日等国都在大力研究相关技术,而且各国所采用的频率也各不相同。欧洲采用的频率是5.8GHz,美国是5.9GHz,日本趋向于采用720MHz。我们认为这一技术将来可以用到新能源车辆信息传输方面。
  同时,瑞萨还十分关注电池管理系统解决方案。我们针对电池模块研发提供更高质量、更高品质的管理芯片,来降低电池模块的开发周期。到2011年末,我们会把电池管理芯片的模拟前端AFE集成到芯片中,同时还会与MCU集成在一起。


  恩智浦半导体大中华区市场经理王岩:
  关注降低二氧化碳排放的汽车电子方案
  ●在动力系统方面,FlexRay会逐步替代CAN。
  ●Telematics是未来的发展趋势,因为它能够更好地处理拥堵的路况,并建立事故发生后及时的救援系统。


  在汽车绿色环保方面,从恩智浦的角度,我们把重点放在降低油耗、减少二氧化碳的排放上。而且,我们的产品包括汽车总线、传感器、汽车娱乐系统,也包括LED车灯驱动等方面。


  应用FlexRay降低油耗


  在动力系统方面,虽然中国汽车电子企业在车身电子方面已经建立了很完善的供应体系,但在动力系统方面还有很长的路要走,因为动力系统与汽车安全息息相关。在动力系统中,首当其冲的就是电子助力转向系统。恩智浦可以基于FlexRay、速度传感器和角度传感器等建立通过总线实现的线控转向功能。电子转向系统的优势是减少了液压式装置和机械式装置,从而减轻了车的重量,实现了降低油耗、减少二氧化碳排放的目标。我们认为,在动力系统方面,FlexRay会逐步替代CAN。恩智浦是全球第一家提供FlexRay收发器的半导体厂商,目前已经有200万片的FlexRay收发器交付市场,主要集中在宝马和奥迪系列。
  同时,在变速器系统方面,现在有一种双离合变速器,它的优势是转换精确度较高,速度也较快,挡位的转换可以在200毫秒完成。因此可以达到一种理想状态——不会让驾驶者感觉到传统变速箱工作时的动力中断。通过FlexRay总线和磁阻传感器技术,驾驶者脚踩油门及刹车的动作可以无延迟地传输到动力系统及车轮。通过精确地探测到速度的变化,当车速达到某个速度时,就可以无缝地切换到另外一个档位上去。这种技术可以减少燃油消耗,降低10%%以上的二氧化碳排放。


  起停系统芯片满足市场需求


  在汽车的起停系统方面,当汽车加速的时候,电池可以提供一定的电能动力,而当汽车减速的时候,减速刹车的能量可以反过来转化为电池电能,这一技术可以降低4%%到10%%以上的二氧化碳排放。恩智浦所有支持汽车起停系统的芯片,最低工作电压都可以达到6V。一般情况下,汽车点火开关打开的过程中,电池电压会有一个快速的下降过程,最低基本是6V。驾驶员在以往可能都有一个应用体验,就是重新启动汽车的时候,汽车中正在播放的音乐可能会断掉,一会之后才能回到正常工作状态。主要原因就是在电压下降的过程中,音响系统因为电压过低停止了工作。而芯片的工作电压低至6V以后,当汽车重新启动时,正在播放的音乐就不会有任何停顿。
  同时,我们也提出了局部网络系统的概念。在传统CAN总线和LIN总线系统里,如果网络处于低功耗状态,任何一个节点发出的信息都会把网络上的所有节点唤醒,如果我们只需要一个节点接受信息,那其他节点被唤醒就没有任何意义。我们提出的局部网络概念,就是在一个网络中只有进入工作状态的节点被唤醒,其他节点不会被唤醒,这样就大大减少了行车过程中某些模块无端被唤醒的情况。一个典型的例子就是在汽车行驶过程中,驾驶员一般不会调整坐椅,这样在车行驶之后,坐椅可以长时间地进入一个低功耗状态,而车身其他模块可以处于正常工作状态。


  提升车载通信系统价值


  在Telematics(车载通信系统)方面,NXP在解决方案中集成了紧急呼叫、智能交通管理以及道路缴费功能。虽然芯片大小只与一枚欧元硬币相当,但集成了丰富的功能。例如它集成了GSM,提供语音或者短信功能,支持信息及时传输到救援中心,而且Telematics系统会通过CAN接口与安全气囊或碰撞系统相连。当事故发生后,碰撞系统将传感器感知的信息传送给Telematics,Telematics会首先启动语音功能并发送短信给120或单独建立的紧急救援系统,而且短信中还包含GPS地理位置信息以及驾驶者血型等紧急救援所需的基本信息,可以让救援中心提前做准备。
  同时,智能交通管理系统可以通过Telematics下载路况信息,这样每辆车都可以根据交通信息来调整行驶路线。此外,Telematics还具备智能驾乘管理功能,即根据一段时间驾乘数据的统计,系统会告诉驾驶员如何控制车速、形成减少油耗的驾乘习惯。这一系统可以降低16%%以上的二氧化碳排放。Telematics是未来的发展趋势,因为它能够更好地处理拥堵的路况,并建立事故发生后及时的救援系统。目前,我们就Telematics系统与国内很多合作伙伴进行商谈,推动Telematics的应用。
  目前汽车车灯正逐步采用LED。恩智浦提供单芯片LED驱动芯片,比市场上现有的LED驱动方案具备成本低、能耗少等特点。另外,恩智浦半导体在电源及照明领域是高电压芯片的领导者。
针对混合动力汽车及电动汽车方面,恩智浦会加强与整车厂及模块供应商的合作,致力于高压接口及控制芯片的研发与投入。


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  吉林光电信息产业园 汽车电子项目


吉林省光电信息产业园是吉林省政府为落实长吉图开发开放先导区发展战略、加快产业结构调整步伐、促进新兴战略性产业发展而规划建设的高技术产业园区。该园区位于风景秀丽的长春净月经济开发区,起步区规划面积10平方公里。
  园区建设坚持“统一规划、分期实施、重点推进、滚动发展”的开发原则,按照组团式生态模式布局,形成“两个功能区、四大产业基地”的产业格局。两个功能区是指综合服务区和生态休闲区;四大产业基地是指光电子产业基地、汽车电子产业基地、软件与服务外包产业基地、动漫与网游产业基地。汽车电子产业基地将依托长春汽车产业优势,围绕车载电子、车控电子、汽车传感器与汽车执行器等领域,积聚壮大一批本地企业,积极吸引国际知名汽车电子企业入驻。
为了实现园区的快速度、高质量全面启动,光电信息产业园区坚持以招商引资工作为重点,与省市保持密切联系,积极推进园区的招商引资和项目建设工作。上半年,园区与韩国、日本等国以及我国长三角、珠三角、香港、台湾等地区积极联系,广泛接触,开展了项目推介活动。接触的企业有韩国SK集团、台湾TTIA产业联盟代表团,洽谈的项目有卓尔汽车电子产业园、LED新能源、风力发电机核心组件生产基地、北京京仪集团的精密探测仪研发生产基地等,这些项目目前正在积极深入洽谈。有关汽车电子项目进展情况如下:
1.启明软件园与台湾电子产业联盟合作的汽车电子项目
启明软件园分为南北两个规划区,总占地48万平方米,计划总投资10亿元,现已建设了一座建筑面积达1万平方米的电子产品加工厂。目前香港新进公司已经入驻,凭借其先进的设备和管理经验,已经成为北方地区电子元器件生产加工基地。建筑面积2.2万平方米的孵化楼已经基本竣工。6月份,园区组织相关代表专程赴台湾进行了对接,洽谈了合作建设汽车电子产业园等事宜。最近台湾电子产业联盟将与启明公司、富奥公司进行再次接洽。该园区建成后,将成为国内首个以发展汽车业管理软件产品研发与服务和车载信息系统研制及服务为主的专业化产业园区。
2.航盛汽车电子项目
拟投资5亿元,占地10平方米,建设5万套电动汽车电控单元以及60万套汽车电子产品生产线,预计产值将达到18亿元。目前正在做开工前期准备。
同时知合国际动漫产业园区、光电信息产业园区孵化器项目、韩国IT产业园、高端精密仪器和仪表产业园区的推进工作也在稳步进行。光电信息产业园区已经被纳入“长吉图开发开放先导区”总体规划布局中,并争取建设成为新型工业化示范基地,从而满足国家发展新型战略产业的需要。我们开展了“光电信息产业园区产业发展规划”编制工作,目前,规划总体初稿已经完成。
  立足转变经济发展方式、推动转型升级和创新发展,园区对未来发展进行了新谋划,成功申报国家服务业综合改革试点区,国家和省市都将在资金、土地、税收等方面为园区发展出台一系列特殊政策。这些政策将为净月的快速发展提供新的机遇,特别是对软件、服务外包、汽车电子等行业的发展起到积极的推进作用。


  (责编:落雪)


 



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