莫让新能源汽车总活在规划里

以电动/混合动力为代表的新能源汽车近年来取得了长足的进步，但给人的感觉却始终是“雷声大，雨点小”。电动车成功的关键是什么？投资者的耐心、研发的投入、消费者的信心能否坚持到产业成熟的转折点？此间是否还会存在其它替代技术，以及经济政策因素和偶然性事件出现？日前，本刊记者就上述热点问题对相关企业进行了采访。

规划都是极好的

今年3月，科技部正式发布《中国电动汽车科技发展“十二五”专项规划(摘要)》，指出未来五年将成为中国电动汽车研发与产业化的战略机遇期，中国政府将加大扶持力度，支持电动汽车发展。根据规划，预计到2015年，我国将建设完成由40万个充电桩和2,000个充换电站构成的网络供电体系；在整车关键零部件公共平台等29个技术创新方向上实现技术突破，全面掌握核心技术；申请电动汽车核心技术专利达3,000项以上；在30个以上城市进行规模化示范推广，在5个以上城市进行新型商业化模式试点应用。

规划同时确立了“纯电驱动”的技术转型战略和“三纵三横”的研发布局。“三纵”是指纯电动增程式汽车和插电式混合动力汽车将作为纯电驱动汽车的基本类型；燃料电池汽车作为纯电驱动汽车的特殊类型继续独立；混合动力汽车主要为常规混合动力汽车。“三横”则指电池(动力电池和燃料电池)、电机(电机系统及其与发动机变速箱总成一体化技术)和电控(电转向、电空调、电制动和车网融合)领域。

从规划制定的目标来看，目前中国的电动车发展正处于第二阶段，需实现混合动力汽车产业化。具体方向包括：开展以小型电动汽车为代表的纯电驱动汽车大规模商业化示范；实现燃料电池汽车在公共服务领域小规模示范考核；攻克深度机电耦合新型电机驱动技术等前沿技术，研发以燃料电池汽车为代表的下一代纯电驱动动力系统平台；开展以能量型锂离子动力电池为重点，电池模组化为核心的动力电池全方位技术创新。为实现电动汽车规模产业化，尤其是纯电驱动汽车销量达到同类车型总销量1%左右的重要门槛提供科技支撑。

第2页：发展阻力来自何方？

第3页：一切始于电池技术

第4页：新能源汽车面临的技术挑战分三个方面

第5页：产品规划值得关注

[p]

发展阻力来自何方？

“指望新能源汽车在短时间内迅速普及的想法是‘不切实际’的”。NXP公司汽车电子事业部业务发展总监李晓鹤此前在接受本刊采访时就指出，这将是一个涉及从动力电池性能和寿命的提升，成本的下降和制造一致性的提高，到整车控制系统的改进和安全性的提升，一直延伸到基础设施和智能电网的建设，商业模式探索，最终到消费者购买和驾驶行为习惯转变的整个生态系统的巨大转变。目前市场上还有许多技术的、或者被称作“鸡生蛋还是蛋生鸡”的问题待解决。

ADI公司汽车电子战略市场部应用经理沈飞将目前制约国内新能源汽车发展的原因归纳为技术、标准以及相关政策法规的缺失。他分析认为，从技术上来看，首先，我国具有自主知识产权的产品不多，国外汽车零部件公司在中国大量申请专利，利用专利技术主导中国汽车电子市场；其次，新能源汽车中的电池也是一个很大的挑战，如何改善电池充电时间、使用寿命、减轻重量、增加续航能力等等，都是新能源汽车迫切且必需要解决的问题；最后，政府对新能源汽车及配套设施的支持力度应该继续加大。

图2：ADI公司汽车电子战略市场部应用经理沈飞

“未来，整车厂商与汽车电子解决方案供应商之间的合作将更加紧密，这体现在合作的层次和维度的增加。”沈飞说，以ADI为例，ADI与奇瑞前瞻技术科学院合作建设了“奇瑞—ADI联合实验室”，利用双方各自优势，加快科研成果和生产力之间的转化，以此应对新能源汽车发展对汽车厂商和汽车电子解决方案供应商提出的新要求与新挑战。

飞思卡尔(Freescale)汽车电子高级市场经理康晓敦表示，国内新能源汽车的开发虽然比较早，但发展速度并不快。尽管中国纯电动车技术水平相对落后得不太多，但在混合动力车方面却相差很远，电池的重量、价格、可靠性一直都是电动车和混合动力车发展的瓶颈。此外，整车也需要有很好的系统集成，以及长时间的经验积累和验证。他预测说，新能源汽车真正要大量被消费者所接受，时间点至少应该在2020年以后。

图3：飞思卡尔半导体汽车电子高级市场经理康晓敦

富士通(Fujitsu)汽车电子产品经理丁洁早则坚信，2015年后纯电动车会带给业界惊喜。他表示，目前中国在推行新能源汽车时遇到的最大阻力来自两方面：第一，电池的续航里程和使用寿命问题；第二，电动汽车的安全可靠性。因此，他呼吁所有有志于推动新能源汽车发展的重要参与者，包括政府、汽车厂商、核心零部件和芯片厂商静下心来，少一些喧哗，耐心的花2-3年时间攻克技术方面的难题，共同制定一些有中国特色的新能源汽车行业标准，共同推动该市场的高质量发展。

图4：富士通汽车电子产品经理丁洁早

第3页：一切始于电池技术

第4页：新能源汽车面临的技术挑战分三个方面

第5页：产品规划值得关注

[p]

一切始于电池技术

当今复杂的电池技术实现了高能量密度、合理的质量和适当的充电时间。很多现代化的电池组都使用了锂离子等化学元素，锂离子可以增加行驶里程同时减轻重量。但是如果将汽油能量密度12kWh/kg与普通锂离子电池的0.12kWh/kg相比较，即便是“最好的”电池驱动一辆四门乘用车，每充一次电最多也只能跑250公里(150英里)。

因此，明导科技(Mentor Graphics)集成电气系统部门产品营销经理Phil Davies认为，设计电池驱动汽车是一个牵涉到多领域的挑战。如果没有软件工具来帮助工程师设计重量轻、成本低的配电系统；建立精细的电池运转、充电和需求模拟模型；预测安全和电气干扰问题，并且依然满足紧迫的新产品开发进度，这个挑战就很难解决。

“现在，消费者在购买电动汽车时必须权衡与传统燃料汽车相比的重大折中。相对较高的购买价格、电池更换成本和有限的行驶里程足以让消费者去追捧传统燃料汽车，而且劣势还不止这些。”Phil Davies说。

所有混合动力电动汽车和纯电动汽车平台都会带来很多新的设计挑战，涉及系统模拟、电磁干扰(EMI)、失效模式与效果分析(FMEA)、潜在通路分析(SCA)等等。此外，复杂的控制系统(如碰撞躲避系统)增加了汽车网络的通信量，因此需要扩大相应的网络容量。数据显示，一个简单的混合动力汽车停止/启动发动机系统可能涉及多达26个独立电子控制单元之间的通信。最后，Flexray(10兆比特/秒)等技术将取代更旧、速度更慢的CAN(1兆比特/秒)网络。

显然，选择一个能建立各种抽象性和复杂性水平不同的网络架构和协议模型的配电系统解决方案非常重要，而设计数据管理是解决电气设计复杂性问题的核心所在。以数据为中心的配电系统(EDS)设计工具包就扮演着这个核心角色，并辅以根据各自交流电分析能力而选择的其它工具。

沈飞分析称，越来越优异电池工艺技术的出现，使得电池充放电曲线更加平坦，电池管理芯片也相应需要拥有更高的测量精度。另外，由于锂电池的失效特性，电池管理系统的可靠性和安全性至关重要。在电池管理芯片领域，主流半导体厂商均在芯片中集成了越来越完备的故障报错机制、数据校验机制、以及冗余监控机制，以帮助客户实现更高等级的系统级安全。最后，很多厂商开始关注效率更高的主动式电池均衡，以降低电池管理模块的发热，节省电量消耗。而这几个新的技术趋势，也正是ADI在电池管理芯片领域致力的方向。

第4页：新能源汽车面临的技术挑战分三个方面

第5页：产品规划值得关注

[p]

丁洁早将新能源汽车面临的技术挑战分为以下三个方面：一. 需要设计一个更加高效的电池管理系统。富士通采用MB91F585(FR81S)和MB96F613(16FXS) MCU开发的最新BMS参考方案，在保持了设计的灵活性之外，具有低成本，更为有效的主动均衡管理和快速的均衡时间；二. 如何预测和提高电池系统的使用寿命问题。富士通LSI解决方案，可以做到预测并提高整个电池组的使用寿命。也就是说，通对每一个单体电池加入FRAM存储器，对损坏的电池单元可以快速精确定位从而进行及时的更换。然后对整个电池组采用最新LEV控制器进行管理，透过独特算法，可以做到预测并提高电池的使用寿命；三. 在电机和电控的核心研发上，需要提高开发效率和提升安全规格。富士通开发的最新电机控制MB91580 MCU，由于内部集成了高规格的旋转变压器RDC，大大降低客户软硬件工程师的开发时间，同时在系统成本上具有很大的优势。

图1：富士通MB91580结构框图。

除了电池系统之外，电机控制系统和整车控制系统的设计也是电动车和混合动力车所面对的重点部分。飞思卡尔方面称，依靠丰富的汽车微控制器、模拟器件和传感器解决方案，以及不断增强的开发工具和技术支持，飞思卡尔不仅在新能源汽车方面，同时在动力总成、车身、底盘与安全、信息娱乐系统和车载信息服务以及车载网络应用方面，为设计师取得下一代汽车设计技术突破提供全面支持。“我们将很多电机控制的算法等经过硬件管理控制，来解决电机控制方面很多问题并简化电机控制系统的设计。同时，类似双核MCU的推出，可以大大提高电机控制的可靠性。并通过增加更多的接口，来实现新能源汽车各系统之间的联系。”康晓敦说。

第5页：产品规划值得关注

[p]

产品规划值得关注

ADI方面透露称，针对新能源汽车的两个主要难点：电池管理和电机控制，ADI推出了应用于中混/强混/插电式混合动力车及纯电动车应用的锂电池监控和保护系统产品AD7280A/AD8280，可监控六个电池单元的电压和温度输入，通过增强型的菊花链接口可灵活匹配不同电池节数的电池包架构。该器件由电池组供电，可以针对过压、过温或欠压这三种状况中的任意一种提供共享式或单独式报警。同时，集成式的方案也可以使电源设计师替换昂贵的分立器件方案，降低功耗并减小系统空间，帮助客户解决与电池监控和安全性有关的各种设计挑战。

沈飞还特意强调了ADI的iCoupler/isoPower数字隔离器产品。据称，与传统光电耦合器中使用LED和光电二极管不同，这种技术基于芯片级变压器，支持更高的数据速率和更低的功耗，性能更加稳定。数据显示，在同样的信号数据速率下，iCoupler产品的功耗是光耦的十分之一到六分之一(例如，在3V电源、0Mbps至2Mbps条件下，每通道的最大电流为0.8mA)。此前，日本三菱汽车公司就宣布将在下一代“i-MiEV”全电动汽车中采用该产品。

此外，在微混动领域，ADI称其用于铅酸电池管理的系统级芯片ADuC703x占据欧美95%以上的市场份额，可使系统达到<0.1%的电流测量精度，从而大幅提高电池SoC的估算精度和传统汽车的燃油使用效率。

同国家政策一样，富士通同样将“三横”(电池、电机、电控)作为公司研发布局的核心：电池方面，提供最新的BMS解决方案和预测并提高电池使用寿命的LEV控制器算法；电机方面，高集成度的MB91580 MCU一并整合BMS管理和DC-DC转换模块的系统能力，大大节省整车的控制系统成本；电控方面，最新低成本MB91520系列MCU先期集成了一路FlexRay，3路CAN和7路LIN总线，并为客户开发了评估板和所有的外设驱动，包含UART Boot loader和CAN Boot Loader。

基于在传统汽车电子和电力电子领域的深厚积累，英飞凌在主要汽车半导体供应商里是唯一具备成熟IGBT生产技术，并且是全球第一的IGBT模块和晶片供应商。其最早开发的汽车级IGBT模块650V HybriadPACKTM家族，目前已能完全覆盖10kW到100kW的应用，主要包括强混、插电和纯电驱动。

因市场需求的多样性，英飞凌还同时将电压等级拓展到各个类别的应用。例如1200V HybriadPACKTM模块可以应用于高母线电压的乘用车或是混合动力大巴；开发中的400V IGBT模块可以更好的适应母线电压在120V~200V的中度混合动力应用；针对母线电压在100V以下的低压低速电动车则有第四代沟槽栅工艺(S4)的功率MOS管OptiMOS；针对新兴的48V BSG和ISG，则会推出高压预驱动和定制电压的功率MOS管。

英飞凌方面称，从制造技术来讲，该公司领先的超薄片技术可以帮助客户以更高的效率来控制电机、减少变频器发热和降低油耗或电耗。例如量产中的650V IGBT模块基于70微米厚度的IGBT晶圆，即将推出的针对中度混合动力的400V IGBT模块则采用了40微米厚晶圆。此外，32位单片机TriCore、高速IGBT3及基于超级结技术的CoolMOSTM在提高传动动力总成、DC/DC和车载充电器的效率方面也具有相当的市场竞争力。