汽車的電氣化將演變成整個行業(yè)的一次深刻變革

數(shù)據(jù)顯示，疫情的影響并沒有阻擋汽車電氣化的步伐。根據(jù)中國國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)，2020年中國新能源汽車產(chǎn)量145.6萬輛，比上年增長17.3%，勢頭依然強勁。與此同時在美國，特斯拉的市值飆升至6000億美元，這個數(shù)字已經(jīng)超過了全球銷量最高的五大汽車制造集團的總和。有分析稱，越來越多的投資者斷定，內(nèi)燃機長達一個世紀的主導地位將在十年內(nèi)走向終結(jié)。

在節(jié)能減排的大背景下，各個國家和地區(qū)也都紛紛推出了雄心勃勃的新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，比如中國的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》中就明確提出，到2025年新能源新車銷量將占到新車總銷量的20%，而到2030年，這個比例要達到40%。

在這個大潮中，各家汽車廠商也在積極跟進，其中既有特斯拉這種敢打敢拼的造車新勢力，也有穩(wěn)扎穩(wěn)打、步步為營的傳統(tǒng)車企，最終將汽車的電氣化演變成整個行業(yè)的一次深刻變革。

何為汽車電氣化？

對于汽車電氣化最為通俗的理解，就是車輛驅(qū)動方式的變化。傳統(tǒng)的汽車是由內(nèi)燃機提供動力的，車輛的控制也是藉由機械方式來完成的。后來，汽車中的電子產(chǎn)品越來越多，除了信息娛樂之外，也逐漸進入了車輛控制領域，汽車總線控制技術的出現(xiàn)，使得車輛脫離了機械控制的限制，操控更加輕松和靈敏。但這時驅(qū)動車輪的動力，還是內(nèi)燃機提供的，而且汽車電子系統(tǒng)所需的電能也是由內(nèi)燃機產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化后，儲存在蓄電池中的。

而汽車電氣化的終極目標，就是汽車動力、控制，以及所有電子電氣設備的運轉(zhuǎn)，都由電力來驅(qū)動。由于內(nèi)燃機的熱效率僅有40%左右，而電動機的效率則可以達到90%以上，兩者相較在節(jié)能方面的表現(xiàn)高下立現(xiàn)，這也是支撐汽車電氣化決心最本質(zhì)的一個原因。

實際上，汽車電氣化之旅不是一蹴而就的，而是一條由不同節(jié)點組成的技術路線圖，在這個漫長的過程中，汽車廠商可以根據(jù)市場的需求和自己的技術能力，選擇不同技術架構(gòu)作為切入點。具體來講，這些技術節(jié)點包括：

1輕度混合動力汽車（M-HEV）

這可以看做是汽車電氣化的起步階段，主要是在原有的汽車電源系統(tǒng)中增加一路48V的汽車電源總線，提供更大的功率去支持電動扭矩輔助，為內(nèi)燃機的啟停系統(tǒng)提供助力，提升能源效率。

2完全混合動力汽車（F-HEV）

在這種架構(gòu)下，汽車可同時由內(nèi)燃機和電機來驅(qū)動車輪，也就是有一路獨立的電氣系統(tǒng)與傳統(tǒng)的燃油系統(tǒng)平行存在，根據(jù)需要切換不同的驅(qū)動方式。當然這需要更高的數(shù)百伏的驅(qū)動電壓以及更大的輸出功率，不過這時高壓電池組所需的電能仍然是來自于內(nèi)燃機和其他能量收集技術的。

3插電混合動力汽車（P-HEV）

該架構(gòu)是在F-HEV的基礎上，增加了一個車載充電器（OBC），可以直接從外部的直流或交流電源為汽車內(nèi)部的高壓電池組充電，而不再需要從汽車內(nèi)部的內(nèi)燃機獲得電力。

4純電動汽車（BEV）

再往前走一步，當車載動力電池輸出的功率足夠高，完全可以驅(qū)動車輪以及為車內(nèi)其他電子電氣系統(tǒng)供電時，則不再需要內(nèi)燃機這一路動力系統(tǒng)，實現(xiàn)完全的電氣化。

表1：不同新能源汽車技術架構(gòu)的比較

汽車電氣化的技術支點

雖然上述的新能源汽車的技術架構(gòu)各異，但其演進發(fā)展也是有章可循的，總的來說整個汽車電子化離不開下面這四個技術支點，只是在不同的階段、不同的架構(gòu)類型中，各個技術支點的權重、賦能技術有所差異。

電力動力輸入系統(tǒng)：也就是使電力轉(zhuǎn)化成電機驅(qū)動力的主要轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，比如逆變器。

配電和電源管理系統(tǒng)：主要是DC/DC板上電源管理系統(tǒng)，將電能在48V和12V之間、高壓和低壓系統(tǒng)之間進行轉(zhuǎn)化，在純電系統(tǒng)下具有高效率的電源管理系統(tǒng)尤為重要。

電池管理系統(tǒng)（BMS）：負責進行車載電池的充放電管理，電量、溫度等精確的測量，以提升電池的利用效率，確保電池使用安全和壽命，這也是純電動汽車延長續(xù)航里程的關鍵。

板上充電系統(tǒng)（OBC）：純電動汽車和插電式混動汽車通過充電從外部電源獲取電能的必由通道。

上述這四大支點，也是保證整個汽車電氣化系統(tǒng)高效、可靠、安全運轉(zhuǎn)的基石。

元器件的技術挑戰(zhàn)

汽車電氣化演進之路清晰了，與之相配套的元器件的發(fā)展也就可以有的放矢了。汽車電氣化帶來的大變革，無疑是元器件行業(yè)一次難得的機遇，當然想要把握住機遇且搶占先機，還是有不少技術門檻需要跨越的。歸納起來，主要有以下幾方面：

01

功率密度

無論是更大電機驅(qū)動功率的需要，還是汽車用電設備總量的增加，汽車電氣系統(tǒng)需要承載的功率將大幅攀升，而車輛所能提供的空間是有限的，因此新一代元器件必須在提升功率密度上下功夫。不論是通過創(chuàng)新的設計和前道工藝去提升結(jié)溫，讓元器件更“耐熱”，還是通過優(yōu)化后端的封裝工藝，將散熱特性做得更出色，需要有綜合的解決方案。

02

功耗

功率增加，功耗的問題會顯得更為突出，因為大功率下效率每增加一個百分點，能耗增加的絕對值就不是小數(shù)字了，而且由此產(chǎn)生的熱量也會給系統(tǒng)設計帶來挑戰(zhàn)。

03

可靠性

在可靠性和安全性方面，必須滿足車規(guī)的要求，甚至由超越車規(guī)的企業(yè)內(nèi)部質(zhì)量標準——比如Vishay公司的Automotive Grade——來提供保證。這就需要產(chǎn)品有必要的電路保護特性，能夠抵御高能量的浪涌的能力，或是在阻燃性方面滿足相應的規(guī)范。

04

EMI電磁干擾

隨著電子電氣系統(tǒng)復雜性的增加，EMI電磁干擾問題也會越來越突出，特別是在汽車這個特殊的、關乎安全的產(chǎn)品中，強電弱電系統(tǒng)“擠”在狹小的空間內(nèi)，EMI顯得更為關鍵。

面對這樣的高要求，在汽車電子化時代，哪些元器件才有機會“上車”，坐收行業(yè)變革的紅利？大家可以通過以下幾個來自Vishay、針對不同場景的產(chǎn)品，對照上面的發(fā)展趨勢和技術要求，仔細體會。

IHDM系列大電流功率電感

用于DC/DC轉(zhuǎn)化器

Vishay/Dale IHDM-1008BC邊緣繞線通孔電感器的最大額定電流可達80A，電感范圍為1.2μH至10μH，頻率范圍為8MHz至90MHz。這個汽車級邊緣繞線通孔電感器產(chǎn)品系列，由于采用粉末鐵合金磁芯技術，飽和性能大大優(yōu)于鐵氧體；其扁平線圈設計使直流電阻DCR更低，可有效減少損耗和降低溫升，工作溫度范圍為-40°C至+180°C。IHDM-1008BC這種穩(wěn)定的電感和飽和度、低功耗以及出色的散熱性能，特別適合于汽車電氣化的需要，在DC/DC轉(zhuǎn)化器、逆變器和車載充電器中都可以施展身手。

汽車用高壓輸入整流器

用于車載充電器

Vishay符合AEC-Q101標準的表面貼裝VS-65EPS12LHM3汽車用高壓輸入整流器，IF額定電流65A，VRRM反向耐壓1，200V，其最大的特點就是針對正向電壓降VF進行了優(yōu)化，僅有1.12V，降低了漏電流。該款汽車用整流器采用玻璃鈍化顆粒芯片結(jié)結(jié)構(gòu)。這些具有高浪涌、低VF耐堅固的阻擋型二極管（rugged blocking diode for DC charging），可用于直流充電站，是用于實現(xiàn)可靠的交流電源整流的靈活解決方案。

SQ汽車用功率MOSFET

用于48V / 12V系統(tǒng)

Vishay Siliconix SQ汽車用功率MOSFET符合AEC-Q101標準，是采用經(jīng)過優(yōu)化的適用于汽車業(yè)的特殊工藝設計生產(chǎn)。具體來說，這些SQ MOSFET采用低導通電阻N通道和P通道TrenchFET技術，具有低熱阻的特性，其工作結(jié)溫和儲存溫度范圍為-55℃至+175℃。

特別值得一提的是，該系列MOSFET提供多種封裝類型——包括PowerPAK 8x8L、PowerPAK SO-8L、PowerPAK 1212-8W和PowerPAK SC-70W，以及幾種節(jié)省空間的小型封裝——并提供SMD/SMT和通孔安裝選項，為設計帶來極大的靈活性。

WSBS8518電池分流電阻器

用于電池管理系統(tǒng)

Vishay/Dale WSBS Power Metal Strip電池分流電阻器可提供多種尺寸選擇，其中廣泛使用的8518尺寸的阻值范圍從50μΩ到1000μΩ，并具有很高的功率密度，整個電阻的全溫度范圍溫漂系數(shù)TCR為20ppm/℃至225PPM/°C。由于采用了專利的加工工藝技術，該電阻可提供很低的阻值選擇、并且具有極低的感抗 （《5nH） 和低熱電動勢 （《3μV/℃） ，以實現(xiàn)更好的檢測精度——這正是BMS電池管理系統(tǒng)所必須的。同時，該產(chǎn)品基于全焊接結(jié)構(gòu)，功率大（36W）體積小，具有非常強的抗脈沖能力。

車用安規(guī)電容器

用于EMI拓撲電路

為了應對汽車電氣化系統(tǒng)中的EMI挑戰(zhàn)，Vishay推出了多種類型的安規(guī)電容，包括陶瓷電容、薄膜電容和MLCC電容三個類別的產(chǎn)品，它們在耐高溫、耐高濕等方面都有很出色的表現(xiàn)，能夠滿足汽車應用所需。下面是幾款比較有代表性的產(chǎn)品：

VJ 汽車級SMD安規(guī)MLCC電容

Vishay的VJ表面貼裝安規(guī)MLCC電容器通過IEC 60384-14:2005第3版認證，符合AEC-Q200車規(guī)要求，采用濕法工藝及可靠貴金屬電極（NME）技術。該系列MLCC包括X1/Y2和X2類別，額定電壓為250VAC，同時滿足2000VDC，工作溫度范圍從-55 °C至+125 °C，適用于汽車EMI和交流線路濾波等應用。

AY1汽車級交流電容器

Vishay/BC Components AY1汽車級交流電容器是陶瓷片式電容器，包括X1級型號和Y1級型號。X1級電容器設計用于760VAC額定電壓，Y1級電容器設計用于500VAC額定電壓。這些電容器可耐受85/85/1000h測試，并可通過1000次溫度循環(huán)。AY1安全電容器符合AEC-Q200標準。

F339X2 EMI抑制薄膜電容器

Vishay/BC Components F339X2 EMI抑制薄膜電容器，設計用于減少輻射并提高對無線電干擾的抗擾度。這些電容器具有出色的電容濾波器、主電壓的連續(xù)偏置、使用壽命結(jié)束時的安全特性以及UL 94V-0可燃性等級。F339X2抑制電容器的電容范圍為0.1μF至4.7μF，在105°C時支持630VDC直流電壓，電壓范圍為305VAC。該產(chǎn)品符合CQC、CSA-E60384-1:14以及UL 60384-14等車規(guī)標準。

總之，汽車電氣化是大勢所趨，有人將其與當年福特汽車公司推出的T型車裝配流水線相提并論，對汽車行業(yè)而言，這將是一個關鍵的拐點。想要在這一波席卷汽車行業(yè)的新浪潮中沖浪，而不是被后浪在沙灘上拍成泡沫，你就要學會掌握最先進的元器件技術，研發(fā)出與行業(yè)脈動合拍共舞的產(chǎn)品。

原文標題：汽車電氣化時代，什么樣的元器件才能“上車”？

文章出處：【微信公眾號：貿(mào)澤電子】歡迎添加關注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

責任編輯：haq