以IGBT为核心 混合动力成新能源汽车切入点

    节能和环保的双重需求使得新能源汽车在全球范围内日益引起业界的重视，在最近的国际汽车展上，多家汽车企业推出了电动和混合动力汽车，这预示着新能源汽车即将进入真正的商用阶段。如今，中国对于新能源汽车的推广也进入了一个关键时期，今年2月，财政部、科技部发出《关于开展节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知》，推广节能与新能源汽车，这些措施将促进新能源汽车的发展。而混合动力汽车是目前最接近应用的新能源汽车，它的发展给汽车产业带来了新的变化和机遇。

  混合动力汽车被看好

  从传统的燃油汽车转向新能源汽车，人们也面临多种选择。“在汽车行业的未来发展方向上，电动汽车和油电混合动力汽车现在正成为一个明显的趋势。”德尔福派克电子/电气系统亚太区电子/电气架构工程总监李茗在接受《中国电子报》记者采访时表示，“目前看起来技术上比较可行的解决方案是混合动力，下一步就是纯电动汽车，再下一步可能就是燃料电池汽车，燃料电池可能是最终的解决方案。不过，现在看起来氢燃料的应用还比较遥远，所以近期难以得到很大范围的推广。”

  虽然电动汽车的前景被普遍看好，但是目前的电池技术问题阻碍了纯电动汽车的应用，这是由于电池的能量密度远远不如汽油，而混合动力汽车就是一个折中的选择。“应该说，混合动力汽车只是一个过渡产品，因为混合动力汽车仍然需要燃油，仍然不是零排放。”赛米控商业贸易(珠海)有限公司应用经理刘义享告诉本报记者。所谓混合动力装置就是将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力，辅助动力单元实际上是一台小型燃料发动机或动力发电机组；形象一点说，就是将传统发动机尽量做小，让一部分动力由电池-电动机系统承担。

  由于混合动力汽车同时装有发动机和电动机两套系统，启动、加速等需要大功率输出的时候两套系统同时出力；减速时发动机能为蓄电池充电；平稳行驶时，由发动机以最佳的工作状态驱动汽车或者电动机单独驱动；怠速时发动机关闭。由于能够回收部分制动能量，专门设计的小型内燃机能够以更高的燃烧效率工作，再加上控制系统的优化，能量利用率能够由原来的60%-70%提高到95%以上。由于制动能量回收是其减少燃油消耗和尾气排放的一个重要原因，因此混合动力汽车在交通拥堵、加速和减速频繁的城市路况节油非常明显。

  IGBT成驱动亮点

  新能源汽车的推广也为半导体器件开辟了新的市场，尤其是以IGBT(绝缘栅双极晶体管)为代表的功率器件和功率模块更是驱动系统的核心部件。赛米控商业贸易(珠海)有限公司应用经理刘义享告诉《中国电子报》记者，传统的汽车是依靠发动机提供动力，混合动力汽车除了发动机以外还需要电动机，纯电动汽车和燃料电池汽车则只有电动机，电池提供的直流电需要通过逆变器转换为交流电之后才能用于驱动电动机，因此，无论是混合动力汽车、纯电动汽车还是燃料电池汽车都需要配置了功率模块的驱动器。半导体厂家针对这些新能源汽车的需求推出了相应的功率器件和功率模块，目前混合动力汽车的功率器件多为IGBT，用以满足高电压、大功率的需求。

  对于刹车系统而言，需要考虑将刹车能量转化成电能回充电池。三菱电机机电(上海)有限公司董事总经理森敏告诉本报记者，除了用于电动机的驱动之外，功率半导体器件和模块还可以用于能量的回收。

  存储技术也将在电动汽车领域找到用武之地。RamtronInter-national亚太区市场策略经理李鸿钧在接受本报记者采访时表示，相对于传统的燃油汽车而言，电动汽车或混合动力汽车需要增加电子设备以实现更好的控制、智能和安全/质保数据收集，这意味着需要低功耗的非易失性存储器，需要保证确定性响应的快速写入，需要实时启动安全关键性应用，还需要几乎无限的耐久性以实现连续的意外事件记录。要达到这些要求，F-RAM(非易失性铁电存储器)是最好的选择。

  成本技术皆待改善

  目前，过高的成本依旧是限制新能源汽车普及的瓶颈。为降低系统成本，功率半导体器件和模块供应商也采取了各种策略。据三菱电机机电(上海)有限公司董事总经理森敏介绍，三菱电机早在10年前就已经开始为混合动力汽车提供功率半导体模块，针对客户在研发和生产的不同阶段，三菱电机将提供不同的产品。例如，当客户刚刚引入电动汽车产品的时候，可以将普通工业用的IGBT提供给客户作为试验品；而在客户的产品大规模量产的时候，就可以提供针对特定系统定制的IGBT，这样可以有效地降低成本。

  除成本瓶颈外，混合动力汽车在技术上也面临一些障碍。德尔福派克电子/电气系统亚太区电子/电气架构工程总监李茗在接受《中国电子报》记者采访时表示，电池系统的能量密度问题、电机系统的体积和响应速度问题以及传动系统的效率问题是当前混合动力汽车面临的三大难关，突破这些难关需要产业链各个环节的企业协同配合。李茗同时表示，除了上述难题之外，另外一个在技术上有障碍的领域是高压和电气系统。因为传统汽车通常是12V的电源系统，最高也只到24V，现在所有车载电气系统的零部件基本上都是按照这个规范来开发的；但是现在混合动力电动车要求的电压等级与电流容量都大幅度地增加了。比如说混合动力到了中混这个等级的话，电压要求一般都会在120V-144V之间，随着电机功率的增加，电压会高达288V、360V乃至500V以上，将来可能还会更高。像这样的系统、高电压以及大电流的应用是以前的燃油车上所没有的，所以混合动力电动车要求电气系统供应商开发一些全新的零部件。■