本文首要參議在新能源汽車和汽車電子化的深度演進(jìn)過程中，底層汽車電子元器件、部件和系統(tǒng)間不竭耦合和漸進(jìn)的關(guān)系，并從材料層級(jí)去思慮和參議未來手藝的成長(zhǎng)前景。表1 功率電子需求在汽車電氣化中首要遵循芯片運(yùn)算和功率承載兩條脈絡(luò)敦促，未來電子電氣類部件的操作處景也恰是這兩條脈絡(luò)。芯片運(yùn)算方面，面向功能安然和更多集成過程中對(duì)分歧化治理的需求，要有一個(gè)更除夜存儲(chǔ)容量和計(jì)較能力的芯片來措置未來不合平臺(tái)內(nèi)的分歧性；而功率承載方面，則需要能在足夠規(guī)模內(nèi)撐持設(shè)置設(shè)備放置的分歧性：（備注：計(jì)較平臺(tái)芯片的選擇也是全數(shù)汽車電子ECU的演變過程中重點(diǎn)的一環(huán)，這個(gè)在此不具體闡述，在談及汽車電子ECU模塊的成長(zhǎng)時(shí)辰孤立拿出來講。）1. 新能源汽車的需求爬升催生專用的汽車級(jí)功率電子器件當(dāng)前汽車的功率半導(dǎo)體是從工業(yè)電子器件演變而來，經(jīng)由汽車級(jí)認(rèn)證后的電子元器件（車廠默許的準(zhǔn)入前提）作為車規(guī)級(jí)產(chǎn)物有著更好、更靠得住性的機(jī)能，而工業(yè)通用功率電子器件已跟不上日新月異的新能源汽車的成長(zhǎng)需求了。可以說，汽車芯片設(shè)計(jì)已走過了初期的“姑息用”的階段，進(jìn)入了邃密化設(shè)計(jì)時(shí)代。圖1 汽車電動(dòng)化的趨向使得汽車操作會(huì)組成怪異的需求2. 功率電子設(shè)計(jì)需要與汽車平臺(tái)化設(shè)計(jì)需求相連絡(luò)汽車電子系統(tǒng)斥地耗時(shí)一般要2到3年，假定后續(xù)有更新的需求，在全數(shù)設(shè)計(jì)周期內(nèi)是沒編制推倒從頭斥地的，這就使得任何折中的斥地過程都是不成取的，因?yàn)檫@樣不單犧牲機(jī)能，也需要破耗除夜量斥地成本和時(shí)刻：功率電子器件在逐步與需求同步成長(zhǎng)和改變，這樣可以較著下降斥地成本和周期。針對(duì)寬功率平臺(tái)，前期斥地可操作一個(gè)版本的高機(jī)能產(chǎn)物，做到100~150Kw；后續(xù)往下分化低功率版本（60Kw~100Kw）需求，只需要把功率模塊改換為低機(jī)能版本，在電路層級(jí)和軟件層級(jí)進(jìn)行有限的調(diào)劑便可；面臨未來前驅(qū)和四驅(qū)版本的不合需求，還有特斯拉等的“瘋狂模式”，功率層級(jí)也要做出響應(yīng)的調(diào)劑。3. 智能化和功能安然設(shè)計(jì)要求的滲入功率電子一般而言是被動(dòng)履行的功率器件，在前段經(jīng)由過程?hào)艠O驅(qū)動(dòng)器，領(lǐng)受指令落伍行開關(guān)動(dòng)作，跟著智能化成長(zhǎng)和功能安然的要求，需要額外增添邏輯剖斷和呵護(hù)功能：在IGBT內(nèi)部增添溫度傳感器，當(dāng)系統(tǒng)可能出故障時(shí)，能夠做出初步剖斷，再連絡(luò)操作可以快速反饋給措置器，考試考試下降車輛輸出扭矩和速度，組成診斷的閉環(huán)；跟著車輛的需求能量愈來愈除夜，電池電壓經(jīng)常處在臨界偏高的狀況，這個(gè)時(shí)辰需要下降功率器件開關(guān)速度，呵護(hù)開關(guān)電路安然，在電池電壓處在合適規(guī)模時(shí)，功率器件能做效的開關(guān)動(dòng)作；圖2 以逆變器為例示功率電子的設(shè)計(jì)需求在功率電子拓?fù)涠ㄐ偷臍庀笙?，全?shù)功率電子的設(shè)計(jì)過程中，焦點(diǎn)的工作是選擇和匹配功率開關(guān)管和功率二極管的特點(diǎn)，這些首要器件特點(diǎn)搜羅：導(dǎo)通耗損（或?qū)娮瑁?、開關(guān)耗損、反向漏電流和反向恢復(fù)時(shí)刻、反向耐壓、溫度特點(diǎn)。在響應(yīng)的功能特點(diǎn)協(xié)同方面，功率開關(guān)管和功率二極管的導(dǎo)通耗損和開關(guān)耗損越小、反向漏電流和反向恢復(fù)時(shí)刻越小，開關(guān)頻率便可以做的越高，反向耐壓越高，工作電壓選擇便可以越高，功率效力也就越高。圖3 DCDC和充電機(jī)的根底拓?fù)涓姵氐慕?jīng)久性提高，全數(shù)功率電子的操作時(shí)刻也會(huì)逐步增添，車輛的電池瓶頸壽命一旦打破10萬千米，這些處在較高負(fù)荷下面的功率電子部件就首當(dāng)其沖地面臨壽命的挑戰(zhàn)。所以，在器件選型早就要保證系統(tǒng)的靠得住性和經(jīng)久性，經(jīng)由過程綜合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)（經(jīng)由過程工況來優(yōu)化節(jié)制邏輯下降器件負(fù)荷）來優(yōu)化功率器件的選型并下降成本；在不合工作前提下調(diào)劑電氣參數(shù)設(shè)計(jì)，需要考慮極限工作狀況的影響，并經(jīng)由過程仿真和考試考試驗(yàn)證，完成失蹤蹤效分化和經(jīng)久嘗試。圖4 從芯片到產(chǎn)物風(fēng)險(xiǎn)和現(xiàn)場(chǎng)失蹤蹤效縱覽4. 汽車功率電子斥地的幾個(gè)首要?jiǎng)酉颍?）手藝的延續(xù)前進(jìn)現(xiàn)有車用節(jié)制器普遍采納硅芯片，經(jīng)由20多年的手藝斥地已十分成熟，在良多方面已迫近甚至達(dá)到了其材料的本征極限。近幾年，以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體材料已成為電力電子器件的新寵。作為碳和硅的化合物，SiC的性質(zhì)介于金剛石與硅之間，具有高熱導(dǎo)率、高硬度、耐化學(xué)侵蝕、耐高溫、對(duì)光波透明等精采性質(zhì)，。當(dāng)SiC作為功率元件操作于逆變器時(shí)，具有很是超卓的機(jī)能：SiC 器件溫度耐受性的提高，使得逆變器可以更集成化；SiC 器件可以顯著削減模塊體積；SiC 器件的功率耗損可以進(jìn)一步削減對(duì)液冷散熱的需求；SiC 器件可以進(jìn)一步提高總線電壓。與以往的Si半導(dǎo)體對(duì)比，SiC半導(dǎo)體具有低耗損、高耐壓、高功率及耐高溫工作的特點(diǎn)，采納了SiC二極管和SiC晶體管的全SiC逆變器，效力極高，已普遍操作于光伏發(fā)電和鐵路車輛等行業(yè)。碳化硅器件更合適高頻、高壓和高溫的工作氣象、車載充電器和充電樁操作碳化硅器件后將充實(shí)闡揚(yáng)高頻、高緩和高壓三方面的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)充電系統(tǒng)高效化、小型化和高靠得住性。今朝，新能源汽車行業(yè)在難打破的逆變器規(guī)模已有一些考試考試性的方案推出，好比日立建造所和日立汽車系統(tǒng)公司在2015年9月發(fā)布斥地出了全SiC功率模塊和采納這類模塊的HEV/EV用逆變器，與日立的原產(chǎn)物對(duì)比，新產(chǎn)物的電力耗損削減60，不異體積下的電力容量擴(kuò)除夜到了約2倍，有助于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離行駛，和提高加速機(jī)能。,更多的案例以下表所示：表2 幾個(gè)SiC逆變器的斥地案例（2）芯片與PCB（Printed Circuit Board）的整合以下圖所示，跟著手藝的成長(zhǎng)遲誤， “芯片=》PCB=》部件=》子系統(tǒng)”之間的鴻溝不竭恍忽。跟著功率嵌入式產(chǎn)物的成長(zhǎng)，出格是下述工藝層的改良和通順貫通，過程中成長(zhǎng)起來的新型功率嵌入式系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)斥地與功能方面帶來了一系列的改變，同時(shí)也能夠顯著下降部門成本：新的材料和材料接口新的封裝手藝若材料不匹配會(huì)激發(fā)額外的機(jī)械應(yīng)力更高的芯片溫度，污染水平，濕度影響，全數(shù)防護(hù)變得虧弱了圖5 嵌入式功率電子（芯片與PCB的整合）（3）功率半導(dǎo)體的整合市場(chǎng)上功率電子企業(yè)紛繁采納除夜舉投資研發(fā)、產(chǎn)物多元化和收購(gòu)等策略。因?yàn)樾履茉雌囏?cái)富是的策略選擇，中國(guó)半導(dǎo)體不單在芯片規(guī)模投資方興日盛，在功率電子這類新能源汽車財(cái)富關(guān)頭部件斥處所面的立場(chǎng)出格積極（今朝中國(guó)搜羅了全球IGBT市場(chǎng)的三分之一以上），竭盡全力地除夜舉投資，試圖掌控附加價(jià)值和掌控全數(shù)功率電子器件的制造鏈。2016年，有兩家中國(guó)企業(yè)收購(gòu)了歐洲晶圓制造商，中國(guó)禮聘了除夜量專家，同時(shí)自己成立本土晶圓廠試圖在當(dāng)?shù)刂圃旃β式M件。值得一提的是國(guó)內(nèi)汽車廠家對(duì)功率電子的正視，好比比亞迪很早就結(jié)構(gòu)了IGBT封裝規(guī)模，上汽與英飛凌同樣成立了合資公司。圖6 未來的功率電子芯片財(cái)富注定不會(huì)舒適5. 小結(jié)功率電子是全數(shù)汽車電子化的根底，也是電動(dòng)汽車沖量爬坡的限制性成分之一，未來中國(guó)芯片財(cái)富若何逐步打破之前的手藝封鎖，將是電子器件、關(guān)頭零部件和整車全財(cái)富鏈協(xié)調(diào)成長(zhǎng)的根底，更是中國(guó)新能源汽車財(cái)富能否實(shí)現(xiàn)自立立異的關(guān)頭?！?END ·· 電動(dòng)汽車網(wǎng) ·懂新能源汽車的平臺(tái)，新能源汽車資訊選擇點(diǎn)擊原文瀏覽當(dāng)即報(bào)名！