英飞凌徐辉:半导体技术如何促进电动汽车的发展

2018-01-23      雷锋网

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在主题为“把握全球变革趋势,实现高质量发展”的论坛上,英飞凌科技(中国)副总裁徐辉发表了《半导体技术将促进电动汽车发展》的主题演讲。


我们主要分享了英飞凌对核心技术看法的解读,包括全球新能源发展趋势和半导体技术如何支持推进新能源产业发展。


为什么全球都在关注新能源市场?因为我们有非常严峻的节能减排目标。在NEDC二氧化碳排放指标制定上,欧盟走在前面,几年前推出NEDC测量标准,但是NEDC不能反映实际路况和实际二氧化碳排放。欧盟最新标准用的是加修正值的WLTP评估标准。因为标准路况下不能反映所有加速与标准,最新标准会非常严峻苛刻。


目前看到黑色曲线是实际二氧化碳排放,如果是以NEDC为标准,中间灰色曲线达到95克/百公里排放。下面曲线是转到最新的WLTP+修正值的最终排放。目前距离2030年、2050年排放标准有很大差距,必须推广新能源汽车才能达到二氧化碳排放。现在差值在25%-35%之间,拥有严格的标准目标需要达到。这就是大家积极努力,推进新能源汽车发展的原因。


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全球新能源市场往好方向发展,最终达到平衡值有两部分,一部分是中国更多推进新能源汽车,包括插电、纯电动汽车和燃料电池汽车。中间会有过渡区间,混动和弱混48V最近几年有很大发展。现在传统动力的节能减排,包括48V弱混、插电混动汽车和纯电动汽车,应该会同步发展,并在2020年-2025年之间爆发。


2016年电动汽车或新能源汽车大幅度推广,表明取代传统内燃机最重要的指标是性价比。什么时候性价比可以真正满足客户需求?主要在于电池,因为电池在成本增加中是最大的部分。如果看动力系统,2023年电池成本在价格下降中与传统内燃机系统成本达成一致。电池成本继续下降,市场一定导向新能源汽车。


传感器和执行器的计算要做更深一步的性能提高,才能促进产业发展。控制器的主芯片单片机除了需要有更高的计算功能外,还需要提供更高的价值。价值在哪里?传统电机驱动,在逆变器中有解码芯片,芯片能读取电机转速与位置。新一代的单片机自含硬件模块,DS-ADC能够代替旋变解码芯片,集成在单片机之内,节省部分成本,现在市场价平均6美元(约38.48元人民币),功能完全满足需求。


现在汽车系统质量和安全要求越来越高,多核单片机可以提供更高的功能安全等级。多核单片机架构集成了多个电机和辅助系统,最大优势是能把原主控芯片、逆变器芯片的单片机和多核预算加进辅助系统,不需要每一个系统有单独的单片机,在提升功能安全的同时降低成本。单片机的产品封装具有兼容性,可选择大封装和小封装,封装内部可以延伸不同平台。


英飞凌的功率器件产品比较常见,下图中右边是双面水冷的IGBT模块。新一代产品都具有兼容性,功率从10kw左右到更高。新产品会逐渐提高更多功能和功率等级。以HP Drive为例,中间是电压为750V的FS820产品,如果需要更低功率平台,可以选择FS660或者FS770等,如果需要更高功率,可以选择FS950。后续会推出电压高达1200V的新产品,包括碳化硅的产品,用户可以自行选择。


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新一代的HP Drive产品运用EDT2晶圆技术,可以在原来基础上提高功率密度。EDT2技术能够做出最大12英寸(约30.48cm)晶圆,即300mm的晶圆。我们是全球第一家能够量产EDT2功率器件的半导体厂商,在欧洲也能量产。


用过IGBT芯片的人知道,逆变器高压所需要的隔离驱动芯片是在原来产品基础上逐渐增加公共安全功能。新一代研发的产品会完全满足最高安全等级,右边是一系列高压辅助系统不带隔离功能的驱动芯片,大家可以根据自己的需求选择相关产品。


除了提升本身产品的功能基础外,半导体产品还能够通过创新,提升系统性价比。90%以上的电机轴端尾端都有旋变,需要旋变变压器读取电击角度和转动角度。由于系统相对重,如果采用机械式读法,不能满足公共安全要求。英飞凌最新推出的轴端旋变集成系统把小磁体加进电机轴内,并安装了高精度的角度传感器。通过小的集成系统,角度传感器可以安装在电机的轴承之内。这种平台化的设计,完全取代现在传统机械旋变系统。不同电机的旋变要求不一样,可节省100-200元人民币。目前传统机械系统会有外部的电压或电干扰,而新系统放在电机轴承内部,不会受到外部干扰,能适应各平台设计,节省研发和后续开发成本。


我们认为碳化硅一定是后续电子产品发展的趋势,尤其在新能源汽车上的应用。碳化硅的最大好处是能快速提升功率密度超过80%,相比当前同功率的产品,体积可以缩小80%,功率密度提高80%。在提高效率同等情况下,可以让电池体积缩小5%。如果用同样的电池,碳化硅型的续航里程更长。由于碳化硅没有普及,系统成本性价比需要考虑。碳化硅的普及要等到真正需求,现在电池也需要在半导体器件上增加成本,因为碳化硅本身比碳产品贵。整个系统能够达到一定功率密度,需要换碳化硅产品的平衡点是系统的成本要有节省。后面几年中,碳化硅可以使系统达到成本平衡,最终得到最大利用。


英飞凌对中国电机控制器的零部件企业是否可以接受定制化的IGBT或者IPM开发方案?我们给出了答案,不管是其它功能的芯片或者是IGBT,只要是中国市场有足够需求,我们公司需要有商务平衡。只要达到要求,我们会为客户定制。IGBT产品慢慢趋向更多中国本土客户要求。


合作方面,我们与中国很多车厂进行深入合作,我们继续与它们携手合作。快速发展新能源市场,有更大的量产,让价格更快下降。后续会在国内有国产化的计划,我们会做相关规划与铺垫,让产品有更大的性价比。


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