以IGBT為核心 混合動力成新能源汽車切入點

    節(jié)能和環(huán)保的雙重需求使得新能源汽車在全球范圍內(nèi)日益引起業(yè)界的重視，在最近的國際汽車展上，多家汽車企業(yè)推出了電動和混合動力汽車，這預(yù)示著新能源汽車即將進(jìn)入真正的商用階段。如今，中國對于新能源汽車的推廣也進(jìn)入了一個關(guān)鍵時期，今年2月，財政部、科技部發(fā)出《關(guān)于開展節(jié)能與新能源汽車示范推廣試點工作的通知》，推廣節(jié)能與新能源汽車，這些措施將促進(jìn)新能源汽車的發(fā)展。而混合動力汽車是目前最接近應(yīng)用的新能源汽車，它的發(fā)展給汽車產(chǎn)業(yè)帶來了新的變化和機(jī)遇。

  混合動力汽車被看好

  從傳統(tǒng)的燃油汽車轉(zhuǎn)向新能源汽車，人們也面臨多種選擇。“在汽車行業(yè)的未來發(fā)展方向上，電動汽車和油電混合動力汽車現(xiàn)在正成為一個明顯的趨勢。”德爾福派克電子/電氣系統(tǒng)亞太區(qū)電子/電氣架構(gòu)工程總監(jiān)李茗在接受《中國電子報》記者采訪時表示，“目前看起來技術(shù)上比較可行的解決方案是混合動力，下一步就是純電動汽車，再下一步可能就是燃料電池汽車，燃料電池可能是最終的解決方案。不過，現(xiàn)在看起來氫燃料的應(yīng)用還比較遙遠(yuǎn)，所以近期難以得到很大范圍的推廣。”

  雖然電動汽車的前景被普遍看好，但是目前的電池技術(shù)問題阻礙了純電動汽車的應(yīng)用，這是由于電池的能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如汽油，而混合動力汽車就是一個折中的選擇。“應(yīng)該說，混合動力汽車只是一個過渡產(chǎn)品，因為混合動力汽車仍然需要燃油，仍然不是零排放。”賽米控商業(yè)貿(mào)易(珠海)有限公司應(yīng)用經(jīng)理劉義享告訴本報記者。所謂混合動力裝置就是將電動機(jī)與輔助動力單元組合在一輛汽車上做驅(qū)動力，輔助動力單元實際上是一臺小型燃料發(fā)動機(jī)或動力發(fā)電機(jī)組；形象一點說，就是將傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)盡量做小，讓一部分動力由電池-電動機(jī)系統(tǒng)承擔(dān)。

  由于混合動力汽車同時裝有發(fā)動機(jī)和電動機(jī)兩套系統(tǒng)，啟動、加速等需要大功率輸出的時候兩套系統(tǒng)同時出力；減速時發(fā)動機(jī)能為蓄電池充電；平穩(wěn)行駛時，由發(fā)動機(jī)以最佳的工作狀態(tài)驅(qū)動汽車或者電動機(jī)單獨驅(qū)動；怠速時發(fā)動機(jī)關(guān)閉。由于能夠回收部分制動能量，專門設(shè)計的小型內(nèi)燃機(jī)能夠以更高的燃燒效率工作，再加上控制系統(tǒng)的優(yōu)化，能量利用率能夠由原來的60%-70%提高到95%以上。由于制動能量回收是其減少燃油消耗和尾氣排放的一個重要原因，因此混合動力汽車在交通擁堵、加速和減速頻繁的城市路況節(jié)油非常明顯。

  IGBT成驅(qū)動亮點

  新能源汽車的推廣也為半導(dǎo)體器件開辟了新的市場，尤其是以IGBT(絕緣柵雙極晶體管)為代表的功率器件和功率模塊更是驅(qū)動系統(tǒng)的核心部件。賽米控商業(yè)貿(mào)易(珠海)有限公司應(yīng)用經(jīng)理劉義享告訴《中國電子報》記者，傳統(tǒng)的汽車是依靠發(fā)動機(jī)提供動力，混合動力汽車除了發(fā)動機(jī)以外還需要電動機(jī)，純電動汽車和燃料電池汽車則只有電動機(jī)，電池提供的直流電需要通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電之后才能用于驅(qū)動電動機(jī)，因此，無論是混合動力汽車、純電動汽車還是燃料電池汽車都需要配置了功率模塊的驅(qū)動器。半導(dǎo)體廠家針對這些新能源汽車的需求推出了相應(yīng)的功率器件和功率模塊，目前混合動力汽車的功率器件多為IGBT，用以滿足高電壓、大功率的需求。

  對于剎車系統(tǒng)而言，需要考慮將剎車能量轉(zhuǎn)化成電能回充電池。三菱電機(jī)機(jī)電(上海)有限公司董事總經(jīng)理森敏告訴本報記者，除了用于電動機(jī)的驅(qū)動之外，功率半導(dǎo)體器件和模塊還可以用于能量的回收。

  存儲技術(shù)也將在電動汽車領(lǐng)域找到用武之地。RamtronInter-national亞太區(qū)市場策略經(jīng)理李鴻鈞在接受本報記者采訪時表示，相對于傳統(tǒng)的燃油汽車而言，電動汽車或混合動力汽車需要增加電子設(shè)備以實現(xiàn)更好的控制、智能和安全/質(zhì)保數(shù)據(jù)收集，這意味著需要低功耗的非易失性存儲器，需要保證確定性響應(yīng)的快速寫入，需要實時啟動安全關(guān)鍵性應(yīng)用，還需要幾乎無限的耐久性以實現(xiàn)連續(xù)的意外事件記錄。要達(dá)到這些要求，F(xiàn)-RAM(非易失性鐵電存儲器)是最好的選擇。

  成本技術(shù)皆待改善

  目前，過高的成本依舊是限制新能源汽車普及的瓶頸。為降低系統(tǒng)成本，功率半導(dǎo)體器件和模塊供應(yīng)商也采取了各種策略。據(jù)三菱電機(jī)機(jī)電(上海)有限公司董事總經(jīng)理森敏介紹，三菱電機(jī)早在10年前就已經(jīng)開始為混合動力汽車提供功率半導(dǎo)體模塊，針對客戶在研發(fā)和生產(chǎn)的不同階段，三菱電機(jī)將提供不同的產(chǎn)品。例如，當(dāng)客戶剛剛引入電動汽車產(chǎn)品的時候，可以將普通工業(yè)用的IGBT提供給客戶作為試驗品；而在客戶的產(chǎn)品大規(guī)模量產(chǎn)的時候，就可以提供針對特定系統(tǒng)定制的IGBT，這樣可以有效地降低成本。

  除成本瓶頸外，混合動力汽車在技術(shù)上也面臨一些障礙。德爾福派克電子/電氣系統(tǒng)亞太區(qū)電子/電氣架構(gòu)工程總監(jiān)李茗在接受《中國電子報》記者采訪時表示，電池系統(tǒng)的能量密度問題、電機(jī)系統(tǒng)的體積和響應(yīng)速度問題以及傳動系統(tǒng)的效率問題是當(dāng)前混合動力汽車面臨的三大難關(guān)，突破這些難關(guān)需要產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的企業(yè)協(xié)同配合。李茗同時表示，除了上述難題之外，另外一個在技術(shù)上有障礙的領(lǐng)域是高壓和電氣系統(tǒng)。因為傳統(tǒng)汽車通常是12V的電源系統(tǒng)，最高也只到24V，現(xiàn)在所有車載電氣系統(tǒng)的零部件基本上都是按照這個規(guī)范來開發(fā)的；但是現(xiàn)在混合動力電動車要求的電壓等級與電流容量都大幅度地增加了。比如說混合動力到了中混這個等級的話，電壓要求一般都會在120V-144V之間，隨著電機(jī)功率的增加，電壓會高達(dá)288V、360V乃至500V以上，將來可能還會更高。像這樣的系統(tǒng)、高電壓以及大電流的應(yīng)用是以前的燃油車上所沒有的，所以混合動力電動車要求電氣系統(tǒng)供應(yīng)商開發(fā)一些全新的零部件。■