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混合動力汽車前景看好 IGBT成驅(qū)動核心

發(fā)布時(shí)間:2009-07-01 來源:中國電子報(bào)

機(jī)遇與挑戰(zhàn):
  • 混合動力汽車前景看好
  • IGBT成驅(qū)動亮點(diǎn)
  • IGBT成本技術(shù)皆待改善
市場數(shù)據(jù):
  • 能量利用率由原來的60%-70%提高到95%以上

 

目前,混合動力汽車是大規(guī)模應(yīng)用新能源汽車的切入點(diǎn)。功率半導(dǎo)體器件與模塊在混合動力汽車中起著不可替代的作用。除降低成本之外,混合動力汽車還需要在電池、電動、傳動及電氣系統(tǒng)等方面得到改善。

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(gè)關(guān)鍵時(shí)期,今年2月,財(cái)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(diǎn)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。
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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(gè)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)李茗在接受記者采訪時(shí)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(gè)折中的選擇。“應(yīng)該說,混合動力汽車只是一個(gè)過渡產(chǎn)品,因?yàn)榛旌蟿恿ζ嚾匀恍枰加停匀徊皇橇闩欧拧?rdquo;賽米控商業(yè)貿(mào)易(珠海)有限公司應(yīng)用經(jīng)理劉義享說。

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(shí)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(diǎn)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(shí)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(shí)候兩套系統(tǒng)同時(shí)出力;減速時(shí)發(fā)動機(jī)能為蓄電池充電;平穩(wěn)行駛時(shí),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(dú)驅(qū)動;怠速時(shí)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(jì)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(gè)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(diǎn)

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。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。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。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(shí)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(shí)時(shí)啟動安全關(guān)鍵性應(yīng)用,還需要幾乎無限的耐久性以實(shí)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)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(shí)候,可以將普通工業(yè)用的IGBT提供給客戶作為試驗(yàn)品;而在客戶的產(chǎn)品大規(guī)模量產(chǎn)的時(shí)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。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)前混合動力面臨的三大難關(guān),突破這些難關(guān)需要產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的企業(yè)協(xié)同配合。

除了上述難題之外,另外一個(gè)在技術(shù)上有障礙的領(lǐng)域是高壓和電氣系統(tǒng)。因?yàn)閭鹘y(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(gè)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(gè)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。
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