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是什么阻礙了新能源汽車(chē)的發(fā)展作者：邵樂(lè)峰 以電動(dòng)/混合動(dòng)力為代表的新能源汽車(chē)近年來(lái)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但給人的感覺(jué)卻始終是“雷聲大，雨點(diǎn)小”。電動(dòng)車(chē)成功的關(guān)鍵是什么？投資者的耐心、研發(fā)的投入、消費(fèi)者的信心能否堅(jiān)持到產(chǎn)業(yè)成熟的轉(zhuǎn)折點(diǎn)？此間是否還會(huì)存在其它替代技術(shù)，以及經(jīng)濟(jì)政策因素和偶然性事件出現(xiàn)？日前，本刊記者就上述熱點(diǎn)問(wèn)題對(duì)相關(guān)企業(yè)進(jìn)行了采訪。 規(guī)劃都是極好的 今年3月，科技部正式發(fā)布中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)科技發(fā)展“十二五”專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃(摘要)，指出未來(lái)五年將成為中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的戰(zhàn)略機(jī)遇期，中國(guó)政府將加大扶持力度，支持電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展。根據(jù)規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2015年，我國(guó)將建設(shè)完成由40萬(wàn)個(gè)充電樁和2,000個(gè)充換電站構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)供電體系；在整車(chē)關(guān)鍵零部件公共平臺(tái)等29個(gè)技術(shù)創(chuàng)新方向上實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，全面掌握核心技術(shù)；申請(qǐng)電動(dòng)汽車(chē)核心技術(shù)專(zhuān)利達(dá)3,000項(xiàng)以上；在30個(gè)以上城市進(jìn)行規(guī)?；痉锻茝V，在5個(gè)以上城市進(jìn)行新型商業(yè)化模式試點(diǎn)應(yīng)用。 規(guī)劃同時(shí)確立了“純電驅(qū)動(dòng)”的技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略和“三縱三橫”的研發(fā)布局?！叭v”是指純電動(dòng)增程式汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)將作為純電驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的基本類(lèi)型；燃料電池汽車(chē)作為純電驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的特殊類(lèi)型繼續(xù)獨(dú)立；混合動(dòng)力汽車(chē)主要為常規(guī)混合動(dòng)力汽車(chē)?！叭龣M”則指電池(動(dòng)力電池和燃料電池)、電機(jī)(電機(jī)系統(tǒng)及其與發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱總成一體化技術(shù))和電控(電轉(zhuǎn)向、電空調(diào)、電制動(dòng)和車(chē)網(wǎng)融合)領(lǐng)域。 從規(guī)劃制定的目標(biāo)來(lái)看，目前中國(guó)的電動(dòng)車(chē)發(fā)展正處于第二階段，需實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化。具體方向包括：開(kāi)展以小型電動(dòng)汽車(chē)為代表的純電驅(qū)動(dòng)汽車(chē)大規(guī)模商業(yè)化示范；實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車(chē)在公共服務(wù)領(lǐng)域小規(guī)模示范考核；攻克深度機(jī)電耦合新型電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)等前沿技術(shù)，研發(fā)以燃料電池汽車(chē)為代表的下一代純電驅(qū)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)；開(kāi)展以能量型鋰離子動(dòng)力電池為重點(diǎn)，電池模組化為核心的動(dòng)力電池全方位技術(shù)創(chuàng)新。為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，尤其是純電驅(qū)動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量達(dá)到同類(lèi)車(chē)型總銷(xiāo)量1%左右的重要門(mén)檻提供科技支撐。 發(fā)展阻力來(lái)自何方？ “指望新能源汽車(chē)在短時(shí)間內(nèi)迅速普及的想法是不切實(shí)際的”。NXP公司汽車(chē)電子事業(yè)部業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)李曉鶴此前在接受本刊采訪時(shí)就指出，這將是一個(gè)涉及從動(dòng)力電池性能和壽命的提升，成本的下降和制造一致性的提高，到整車(chē)控制系統(tǒng)的改進(jìn)和安全性的提升，一直延伸到基礎(chǔ)設(shè)施和智能電網(wǎng)的建設(shè)，商業(yè)模式探索，最終到消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)和駕駛行為習(xí)慣轉(zhuǎn)變的整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的巨大轉(zhuǎn)變。目前市場(chǎng)上還有許多技術(shù)的、或者被稱(chēng)作“雞生蛋還是蛋生雞”的問(wèn)題待解決。 ADI公司汽車(chē)電子戰(zhàn)略市場(chǎng)部應(yīng)用經(jīng)理沈飛將目前制約國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)發(fā)展的原因歸納為技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)政策法規(guī)的缺失。他分析認(rèn)為，從技術(shù)上來(lái)看，首先，我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品不多，國(guó)外汽車(chē)零部件公司在中國(guó)大量申請(qǐng)專(zhuān)利，利用專(zhuān)利技術(shù)主導(dǎo)中國(guó)汽車(chē)電子市場(chǎng)；其次，新能源汽車(chē)中的電池也是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，如何改善電池充電時(shí)間、使用壽命、減輕重量、增加續(xù)航能力等等，都是新能源汽車(chē)迫切且必需要解決的問(wèn)題；最后，政府對(duì)新能源汽車(chē)及配套設(shè)施的支持力度應(yīng)該繼續(xù)加大。 圖2：ADI公司汽車(chē)電子戰(zhàn)略市場(chǎng)部應(yīng)用經(jīng)理沈飛“未來(lái)，整車(chē)廠商與汽車(chē)電子解決方案供應(yīng)商之間的合作將更加緊密，這體現(xiàn)在合作的層次和維度的增加?！鄙蝻w說(shuō)，以ADI為例，ADI與奇瑞前瞻技術(shù)科學(xué)院合作建設(shè)了“奇瑞ADI聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”，利用雙方各自?xún)?yōu)勢(shì)，加快科研成果和生產(chǎn)力之間的轉(zhuǎn)化，以此應(yīng)對(duì)新能源汽車(chē)發(fā)展對(duì)汽車(chē)廠商和汽車(chē)電子解決方案供應(yīng)商提出的新要求與新挑戰(zhàn)。 飛思卡爾(Freescale)汽車(chē)電子高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理康曉敦表示，國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)的開(kāi)發(fā)雖然比較早，但發(fā)展速度并不快。盡管中國(guó)純電動(dòng)車(chē)技術(shù)水平相對(duì)落后得不太多，但在混合動(dòng)力車(chē)方面卻相差很遠(yuǎn)，電池的重量、價(jià)格、可靠性一直都是電動(dòng)車(chē)和混合動(dòng)力車(chē)發(fā)展的瓶頸。此外，整車(chē)也需要有很好的系統(tǒng)集成，以及長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累和驗(yàn)證。他預(yù)測(cè)說(shuō)，新能源汽車(chē)真正要大量被消費(fèi)者所接受，時(shí)間點(diǎn)至少應(yīng)該在2020年以后。 圖3：飛思卡爾半導(dǎo)體汽車(chē)電子高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理康曉敦富士通(Fujitsu)汽車(chē)電子產(chǎn)品經(jīng)理丁潔早則堅(jiān)信，2015年后純電動(dòng)車(chē)會(huì)帶給業(yè)界驚喜。他表示，目前中國(guó)在推行新能源汽車(chē)時(shí)遇到的最大阻力來(lái)自?xún)煞矫妫旱谝?，電池的續(xù)航里程和使用壽命問(wèn)題；第二，電動(dòng)汽車(chē)的安全可靠性。因此，他呼吁所有有志于推動(dòng)新能源汽車(chē)發(fā)展的重要參與者，包括政府、汽車(chē)廠商、核心零部件和芯片廠商靜下心來(lái)，少一些喧嘩，耐心的花2-3年時(shí)間攻克技術(shù)方面的難題，共同制定一些有中國(guó)特色的新能源汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，共同推動(dòng)該市場(chǎng)的高質(zhì)量發(fā)展。 圖4：富士通汽車(chē)電子產(chǎn)品經(jīng)理丁潔早一切始于電池技術(shù) 當(dāng)今復(fù)雜的電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高能量密度、合理的質(zhì)量和適當(dāng)?shù)某潆姇r(shí)間。很多現(xiàn)代化的電池組都使用了鋰離子等化學(xué)元素，鋰離子可以增加行駛里程同時(shí)減輕重量。但是如果將汽油能量密度12kWh/kg與普通鋰離子電池的0.12kWh/kg相比較，即便是“最好的”電池驅(qū)動(dòng)一輛四門(mén)乘用車(chē)，每充一次電最多也只能跑250公里(150英里)。 因此，明導(dǎo)科技(Mentor Graphics)集成電氣系統(tǒng)部門(mén)產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Phil Davies認(rèn)為，設(shè)計(jì)電池驅(qū)動(dòng)汽車(chē)是一個(gè)牽涉到多領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。如果沒(méi)有軟件工具來(lái)幫助工程師設(shè)計(jì)重量輕、成本低的配電系統(tǒng)；建立精細(xì)的電池運(yùn)轉(zhuǎn)、充電和需求模擬模型；預(yù)測(cè)安全和電氣干擾問(wèn)題，并且依然滿足緊迫的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)進(jìn)度，這個(gè)挑戰(zhàn)就很難解決。 “現(xiàn)在，消費(fèi)者在購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)汽車(chē)時(shí)必須權(quán)衡與傳統(tǒng)燃料汽車(chē)相比的重大折中。相對(duì)較高的購(gòu)買(mǎi)價(jià)格、電池更換成本和有限的行駛里程足以讓消費(fèi)者去追捧傳統(tǒng)燃料汽車(chē)，而且劣勢(shì)還不止這些。”P(pán)hil Davies說(shuō)。 所有混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)平臺(tái)都會(huì)帶來(lái)很多新的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，涉及系統(tǒng)模擬、電磁干擾(EMI)、失效模式與效果分析(FMEA)、潛在通路分析(SCA)等等。此外，復(fù)雜的控制系統(tǒng)(如碰撞躲避系統(tǒng))增加了汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)的通信量，因此需要擴(kuò)大相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)容量。數(shù)據(jù)顯示，一個(gè)簡(jiǎn)單的混合動(dòng)力汽車(chē)停止/啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可能涉及多達(dá)26個(gè)獨(dú)立電子控制單元之間的通信。最后，F(xiàn)lexray(10兆比特/秒)等技術(shù)將取代更舊、速度更慢的CAN(1兆比特/秒)網(wǎng)絡(luò)。 顯然，選擇一個(gè)能建立各種抽象性和復(fù)雜性水平不同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和協(xié)議模型的配電系統(tǒng)解決方案非常重要，而設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理是解決電氣設(shè)計(jì)復(fù)雜性問(wèn)題的核心所在。以數(shù)據(jù)為中心的配電系統(tǒng)(EDS)設(shè)計(jì)工具包就扮演著這個(gè)核心角色，并輔以根據(jù)各自交流電分析能力而選擇的其它工具。 沈飛分析稱(chēng)，越來(lái)越優(yōu)異電池工藝技術(shù)的出現(xiàn)，使得電池充放電曲線更加平坦，電池管理芯片也相應(yīng)需要擁有更高的測(cè)量精度。另外，由于鋰電池的失效特性，電池管理系統(tǒng)的可靠性和安全性至關(guān)重要。在電池管理芯片領(lǐng)域，主流半導(dǎo)體廠商均在芯片中集成了越來(lái)越完備的故障報(bào)錯(cuò)機(jī)制、數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制、以及冗余監(jiān)控機(jī)制，以幫助客戶實(shí)現(xiàn)更高等級(jí)的系統(tǒng)級(jí)安全。最后，很多廠商開(kāi)始關(guān)注效率更高的主動(dòng)式電池均衡，以降低電池管理模塊的發(fā)熱，節(jié)省電量消耗。而這幾個(gè)新的技術(shù)趨勢(shì)，也正是ADI在電池管理芯片領(lǐng)域致力的方向。 丁潔早將新能源汽車(chē)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)分為以下三個(gè)方面：一. 需要設(shè)計(jì)一個(gè)更加高效的電池管理系統(tǒng)。富士通采用MB91F585(FR81S)和MB96F613(16FXS) MCU開(kāi)發(fā)的最新BMS參考方案，在保持了設(shè)計(jì)的靈活性之外，具有低成本，更為有效的主動(dòng)均衡管理和快速的均衡時(shí)間；二. 如何預(yù)測(cè)和提高電池系統(tǒng)的使用壽命問(wèn)題。富士通LSI解決方案，可以做到預(yù)測(cè)并提高整個(gè)電池組的使用壽命。也就是說(shuō)，通對(duì)每一個(gè)單體電池加入FRAM存儲(chǔ)器，對(duì)損壞的電池單元可以快速精確定位從而進(jìn)行及時(shí)的更換。然后對(duì)整個(gè)電池組采用最新LEV控制器進(jìn)行管理，透過(guò)獨(dú)特算法，可以做到預(yù)測(cè)并提高電池的使用壽命；三. 在電機(jī)和電控的核心研發(fā)上，需要提高開(kāi)發(fā)效率和提升安全規(guī)格。富士通開(kāi)發(fā)的最新電機(jī)控制MB91580 MCU，由于內(nèi)部集成了高規(guī)格的旋轉(zhuǎn)變壓器RDC，大大降低客戶軟硬件工程師的開(kāi)發(fā)時(shí)間，同時(shí)在系統(tǒng)成本上具有很大的優(yōu)勢(shì)。 圖1：富士通MB91580結(jié)構(gòu)框圖。除了電池系統(tǒng)之外，電機(jī)控制系統(tǒng)和整車(chē)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是電動(dòng)車(chē)和混合動(dòng)力車(chē)所面對(duì)的重點(diǎn)部分。飛思卡爾方面稱(chēng)，依靠豐富的汽車(chē)微控制器、模擬器件和傳感器解決方案，以及不斷增強(qiáng)的開(kāi)發(fā)工具和技術(shù)支持，飛思卡爾不僅在新能源汽車(chē)方面，同時(shí)在動(dòng)力總成、車(chē)身、底盤(pán)與安全、信息娛樂(lè)系統(tǒng)和車(chē)載信息服務(wù)以及車(chē)載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面，為設(shè)計(jì)師取得下一代汽車(chē)設(shè)計(jì)技術(shù)突破提供全面支持?！拔覀儗⒑芏嚯姍C(jī)控制的算法等經(jīng)過(guò)硬件管理控制，來(lái)解決電機(jī)控制方面很多問(wèn)題并簡(jiǎn)化電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。同時(shí)，類(lèi)似雙核MCU的推出，可以大大提高電機(jī)控制的可靠性。并通過(guò)增加更多的接口，來(lái)實(shí)現(xiàn)新能源汽車(chē)各系統(tǒng)之間的聯(lián)系?！笨禃远卣f(shuō)。 產(chǎn)品規(guī)劃值得關(guān)注 ADI方面透露稱(chēng)，針對(duì)新能源汽車(chē)的兩個(gè)主要難點(diǎn)：電池管理和電機(jī)控制，ADI推出了應(yīng)用于中混/強(qiáng)混/插電式混合動(dòng)力車(chē)及純電動(dòng)車(chē)應(yīng)用的鋰電池監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)品AD7280A/AD8280，可監(jiān)控六個(gè)電池單元的電壓和溫度輸入，通過(guò)增強(qiáng)型的菊花鏈接口可靈活匹配不同電池節(jié)數(shù)的電池包架構(gòu)。該器件由電池組供電，可以針對(duì)過(guò)壓、過(guò)溫或欠壓這三種狀況中的任意一種提供共享式或單獨(dú)式報(bào)警。同時(shí)，集成式的方案也可以使電源設(shè)計(jì)師替換昂貴的分立器件方案，降低功耗并減小系統(tǒng)空間，幫助客戶解決與電池監(jiān)控和安全性有關(guān)的各種設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。 沈飛還特意強(qiáng)調(diào)了ADI的iCoupler/isoPower數(shù)字隔離器產(chǎn)品。據(jù)稱(chēng)，與傳統(tǒng)光電耦合器中使用LED和光電二極管不同，這種技術(shù)基于芯片級(jí)變壓器，支持更高的數(shù)據(jù)速率和更低的功耗，性能更加穩(wěn)定。數(shù)據(jù)顯示，在同樣的信號(hào)數(shù)據(jù)速率下，iCoupler產(chǎn)品的功耗是光耦的十分之一到六分之一(例如，在3V電源、0Mbps至2Mbps條件下，每通道的最大電流為0.8mA)。此前，日本三菱汽車(chē)公司就宣布將在下一代“i-MiEV”全電動(dòng)汽車(chē)中采用該產(chǎn)品。 此外，在微混動(dòng)領(lǐng)域，ADI稱(chēng)其用于鉛酸電池管理的系統(tǒng)級(jí)芯片ADuC703x占據(jù)歐美95%以上的市場(chǎng)份額，可使系統(tǒng)達(dá)到0.1%的電流測(cè)量精度，從而大幅提高電池SoC的估算精度和傳統(tǒng)汽車(chē)的燃油使用效率。 同國(guó)家政策一樣，富士通同樣將“三橫”(電池、電機(jī)、電控)作為公司研發(fā)布局的核心：電池方面，提供最新的BMS解決方案和預(yù)測(cè)并提高電池使用壽命的LEV控制器算法；電機(jī)方面，高集成度的MB91580 MCU一并整合BMS管理和DC-DC轉(zhuǎn)換模塊的系統(tǒng)能力，大大節(jié)省整車(chē)的控制系統(tǒng)成本；電控方面，最新低成本MB91520系列MCU先期集成了一路FlexRay，3路CAN和7路LIN總線，并為客戶開(kāi)發(fā)了評(píng)估板和所有的外設(shè)驅(qū)動(dòng)，包含UART Boot loader和CAN Boot Loader。 基于在傳統(tǒng)汽車(chē)電子和電力電子領(lǐng)域的深厚積累，英飛凌在主要汽車(chē)半導(dǎo)體供應(yīng)商里是唯一具備成熟IGBT生產(chǎn)技術(shù)，并且是全球第一的IGBT模塊和晶片供應(yīng)商。其最早開(kāi)發(fā)的汽車(chē)級(jí)IGBT模塊650V HybriadPACKTM家族，目前已能完全覆蓋10kW到100kW的應(yīng)用，主要包括強(qiáng)混、插電和純電驅(qū)動(dòng)。 因市場(chǎng)需求的多樣性，英飛凌還同時(shí)將電壓等級(jí)拓展到各個(gè)類(lèi)別的應(yīng)用。例如1200V HybriadPACKTM模塊可以應(yīng)用于高母線電壓的乘用車(chē)或是混合動(dòng)力大巴；開(kāi)發(fā)中的400V IGBT模塊可以更好的適應(yīng)母線電壓在120V200V的中度混合動(dòng)力應(yīng)用；針對(duì)母線電壓在100V以下的低壓低速電動(dòng)車(chē)則有第四代溝槽柵工藝(S4)的功率MOS管OptiMOS