汽車的電氣化將演變成整個(gè)行業(yè)的一次深刻變革

數(shù)據(jù)顯示，疫情的影響并沒有阻擋汽車電氣化的步伐。根據(jù)中國國家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)，2020年中國新能源汽車產(chǎn)量145.6萬輛，比上年增長17.3%，勢頭依然強(qiáng)勁。與此同時(shí)在美國，特斯拉的市值飆升至6000億美元，這個(gè)數(shù)字已經(jīng)超過了全球銷量最高的五大汽車制造集團(tuán)的總和。有分析稱，越來越多的投資者斷定，內(nèi)燃機(jī)長達(dá)一個(gè)世紀(jì)的主導(dǎo)地位將在十年內(nèi)走向終結(jié)。

在節(jié)能減排的大背景下，各個(gè)國家和地區(qū)也都紛紛推出了雄心勃勃的新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，比如中國的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》中就明確提出，到2025年新能源新車銷量將占到新車總銷量的20%，而到2030年，這個(gè)比例要達(dá)到40%。

在這個(gè)大潮中，各家汽車廠商也在積極跟進(jìn)，其中既有特斯拉這種敢打敢拼的造車新勢力，也有穩(wěn)扎穩(wěn)打、步步為營的傳統(tǒng)車企，最終將汽車的電氣化演變成整個(gè)行業(yè)的一次深刻變革。

何為汽車電氣化？

對于汽車電氣化最為通俗的理解，就是車輛驅(qū)動(dòng)方式的變化。傳統(tǒng)的汽車是由內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力的，車輛的控制也是藉由機(jī)械方式來完成的。后來，汽車中的電子產(chǎn)品越來越多，除了信息娛樂之外，也逐漸進(jìn)入了車輛控制領(lǐng)域，汽車總線控制技術(shù)的出現(xiàn)，使得車輛脫離了機(jī)械控制的限制，操控更加輕松和靈敏。但這時(shí)驅(qū)動(dòng)車輪的動(dòng)力，還是內(nèi)燃機(jī)提供的，而且汽車電子系統(tǒng)所需的電能也是由內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化后，儲存在蓄電池中的。

而汽車電氣化的終極目標(biāo)，就是汽車動(dòng)力、控制，以及所有電子電氣設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，都由電力來驅(qū)動(dòng)。由于內(nèi)燃機(jī)的熱效率僅有40%左右，而電動(dòng)機(jī)的效率則可以達(dá)到90%以上，兩者相較在節(jié)能方面的表現(xiàn)高下立現(xiàn)，這也是支撐汽車電氣化決心最本質(zhì)的一個(gè)原因。

實(shí)際上，汽車電氣化之旅不是一蹴而就的，而是一條由不同節(jié)點(diǎn)組成的技術(shù)路線圖，在這個(gè)漫長的過程中，汽車廠商可以根據(jù)市場的需求和自己的技術(shù)能力，選擇不同技術(shù)架構(gòu)作為切入點(diǎn)。具體來講，這些技術(shù)節(jié)點(diǎn)包括：

1輕度混合動(dòng)力汽車（M-HEV）

這可以看做是汽車電氣化的起步階段，主要是在原有的汽車電源系統(tǒng)中增加一路48V的汽車電源總線，提供更大的功率去支持電動(dòng)扭矩輔助，為內(nèi)燃機(jī)的啟停系統(tǒng)提供助力，提升能源效率。

2完全混合動(dòng)力汽車（F-HEV）

在這種架構(gòu)下，汽車可同時(shí)由內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)來驅(qū)動(dòng)車輪，也就是有一路獨(dú)立的電氣系統(tǒng)與傳統(tǒng)的燃油系統(tǒng)平行存在，根據(jù)需要切換不同的驅(qū)動(dòng)方式。當(dāng)然這需要更高的數(shù)百伏的驅(qū)動(dòng)電壓以及更大的輸出功率，不過這時(shí)高壓電池組所需的電能仍然是來自于內(nèi)燃機(jī)和其他能量收集技術(shù)的。

3插電混合動(dòng)力汽車（P-HEV）

該架構(gòu)是在F-HEV的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)車載充電器（OBC），可以直接從外部的直流或交流電源為汽車內(nèi)部的高壓電池組充電，而不再需要從汽車內(nèi)部的內(nèi)燃機(jī)獲得電力。

4純電動(dòng)汽車（BEV）

再往前走一步，當(dāng)車載動(dòng)力電池輸出的功率足夠高，完全可以驅(qū)動(dòng)車輪以及為車內(nèi)其他電子電氣系統(tǒng)供電時(shí)，則不再需要內(nèi)燃機(jī)這一路動(dòng)力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)完全的電氣化。

表1：不同新能源汽車技術(shù)架構(gòu)的比較

汽車電氣化的技術(shù)支點(diǎn)

雖然上述的新能源汽車的技術(shù)架構(gòu)各異，但其演進(jìn)發(fā)展也是有章可循的，總的來說整個(gè)汽車電子化離不開下面這四個(gè)技術(shù)支點(diǎn)，只是在不同的階段、不同的架構(gòu)類型中，各個(gè)技術(shù)支點(diǎn)的權(quán)重、賦能技術(shù)有所差異。

電力動(dòng)力輸入系統(tǒng)：也就是使電力轉(zhuǎn)化成電機(jī)驅(qū)動(dòng)力的主要轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，比如逆變器。

配電和電源管理系統(tǒng)：主要是DC/DC板上電源管理系統(tǒng)，將電能在48V和12V之間、高壓和低壓系統(tǒng)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化，在純電系統(tǒng)下具有高效率的電源管理系統(tǒng)尤為重要。

電池管理系統(tǒng)（BMS）：負(fù)責(zé)進(jìn)行車載電池的充放電管理，電量、溫度等精確的測量，以提升電池的利用效率，確保電池使用安全和壽命，這也是純電動(dòng)汽車延長續(xù)航里程的關(guān)鍵。

板上充電系統(tǒng)（OBC）：純電動(dòng)汽車和插電式混動(dòng)汽車通過充電從外部電源獲取電能的必由通道。

上述這四大支點(diǎn)，也是保證整個(gè)汽車電氣化系統(tǒng)高效、可靠、安全運(yùn)轉(zhuǎn)的基石。

元器件的技術(shù)挑戰(zhàn)

汽車電氣化演進(jìn)之路清晰了，與之相配套的元器件的發(fā)展也就可以有的放矢了。汽車電氣化帶來的大變革，無疑是元器件行業(yè)一次難得的機(jī)遇，當(dāng)然想要把握住機(jī)遇且搶占先機(jī)，還是有不少技術(shù)門檻需要跨越的。歸納起來，主要有以下幾方面：

01

功率密度

無論是更大電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的需要，還是汽車用電設(shè)備總量的增加，汽車電氣系統(tǒng)需要承載的功率將大幅攀升，而車輛所能提供的空間是有限的，因此新一代元器件必須在提升功率密度上下功夫。不論是通過創(chuàng)新的設(shè)計(jì)和前道工藝去提升結(jié)溫，讓元器件更“耐熱”，還是通過優(yōu)化后端的封裝工藝，將散熱特性做得更出色，需要有綜合的解決方案。

02

功耗

功率增加，功耗的問題會(huì)顯得更為突出，因?yàn)榇蠊β氏滦拭吭黾右粋€(gè)百分點(diǎn)，能耗增加的絕對值就不是小數(shù)字了，而且由此產(chǎn)生的熱量也會(huì)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來挑戰(zhàn)。

03

可靠性

在可靠性和安全性方面，必須滿足車規(guī)的要求，甚至由超越車規(guī)的企業(yè)內(nèi)部質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)——比如Vishay公司的Automotive Grade——來提供保證。這就需要產(chǎn)品有必要的電路保護(hù)特性，能夠抵御高能量的浪涌的能力，或是在阻燃性方面滿足相應(yīng)的規(guī)范。

04

EMI電磁干擾

隨著電子電氣系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，EMI電磁干擾問題也會(huì)越來越突出，特別是在汽車這個(gè)特殊的、關(guān)乎安全的產(chǎn)品中，強(qiáng)電弱電系統(tǒng)“擠”在狹小的空間內(nèi)，EMI顯得更為關(guān)鍵。

面對這樣的高要求，在汽車電子化時(shí)代，哪些元器件才有機(jī)會(huì)“上車”，坐收行業(yè)變革的紅利？大家可以通過以下幾個(gè)來自Vishay、針對不同場景的產(chǎn)品，對照上面的發(fā)展趨勢和技術(shù)要求，仔細(xì)體會(huì)。

IHDM系列大電流功率電感

用于DC/DC轉(zhuǎn)化器

Vishay/Dale IHDM-1008BC邊緣繞線通孔電感器的最大額定電流可達(dá)80A，電感范圍為1.2μH至10μH，頻率范圍為8MHz至90MHz。這個(gè)汽車級邊緣繞線通孔電感器產(chǎn)品系列，由于采用粉末鐵合金磁芯技術(shù)，飽和性能大大優(yōu)于鐵氧體；其扁平線圈設(shè)計(jì)使直流電阻DCR更低，可有效減少損耗和降低溫升，工作溫度范圍為-40°C至+180°C。IHDM-1008BC這種穩(wěn)定的電感和飽和度、低功耗以及出色的散熱性能，特別適合于汽車電氣化的需要，在DC/DC轉(zhuǎn)化器、逆變器和車載充電器中都可以施展身手。

汽車用高壓輸入整流器

用于車載充電器

Vishay符合AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)的表面貼裝VS-65EPS12LHM3汽車用高壓輸入整流器，IF額定電流65A，VRRM反向耐壓1，200V，其最大的特點(diǎn)就是針對正向電壓降VF進(jìn)行了優(yōu)化，僅有1.12V，降低了漏電流。該款汽車用整流器采用玻璃鈍化顆粒芯片結(jié)結(jié)構(gòu)。這些具有高浪涌、低VF耐堅(jiān)固的阻擋型二極管（rugged blocking diode for DC charging），可用于直流充電站，是用于實(shí)現(xiàn)可靠的交流電源整流的靈活解決方案。

SQ汽車用功率MOSFET

用于48V / 12V系統(tǒng)

Vishay Siliconix SQ汽車用功率MOSFET符合AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)，是采用經(jīng)過優(yōu)化的適用于汽車業(yè)的特殊工藝設(shè)計(jì)生產(chǎn)。具體來說，這些SQ MOSFET采用低導(dǎo)通電阻N通道和P通道TrenchFET技術(shù)，具有低熱阻的特性，其工作結(jié)溫和儲存溫度范圍為-55℃至+175℃。

特別值得一提的是，該系列MOSFET提供多種封裝類型——包括PowerPAK 8x8L、PowerPAK SO-8L、PowerPAK 1212-8W和PowerPAK SC-70W，以及幾種節(jié)省空間的小型封裝——并提供SMD/SMT和通孔安裝選項(xiàng)，為設(shè)計(jì)帶來極大的靈活性。

WSBS8518電池分流電阻器

用于電池管理系統(tǒng)

Vishay/Dale WSBS Power Metal Strip電池分流電阻器可提供多種尺寸選擇，其中廣泛使用的8518尺寸的阻值范圍從50μΩ到1000μΩ，并具有很高的功率密度，整個(gè)電阻的全溫度范圍溫漂系數(shù)TCR為20ppm/℃至225PPM/°C。由于采用了專利的加工工藝技術(shù)，該電阻可提供很低的阻值選擇、并且具有極低的感抗 （《5nH） 和低熱電動(dòng)勢 （《3μV/℃） ，以實(shí)現(xiàn)更好的檢測精度——這正是BMS電池管理系統(tǒng)所必須的。同時(shí)，該產(chǎn)品基于全焊接結(jié)構(gòu)，功率大（36W）體積小，具有非常強(qiáng)的抗脈沖能力。

車用安規(guī)電容器

用于EMI拓?fù)潆娐?/p>

為了應(yīng)對汽車電氣化系統(tǒng)中的EMI挑戰(zhàn)，Vishay推出了多種類型的安規(guī)電容，包括陶瓷電容、薄膜電容和MLCC電容三個(gè)類別的產(chǎn)品，它們在耐高溫、耐高濕等方面都有很出色的表現(xiàn)，能夠滿足汽車應(yīng)用所需。下面是幾款比較有代表性的產(chǎn)品：

VJ 汽車級SMD安規(guī)MLCC電容

Vishay的VJ表面貼裝安規(guī)MLCC電容器通過IEC 60384-14:2005第3版認(rèn)證，符合AEC-Q200車規(guī)要求，采用濕法工藝及可靠貴金屬電極（NME）技術(shù)。該系列MLCC包括X1/Y2和X2類別，額定電壓為250VAC，同時(shí)滿足2000VDC，工作溫度范圍從-55 °C至+125 °C，適用于汽車EMI和交流線路濾波等應(yīng)用。

AY1汽車級交流電容器

Vishay/BC Components AY1汽車級交流電容器是陶瓷片式電容器，包括X1級型號和Y1級型號。X1級電容器設(shè)計(jì)用于760VAC額定電壓，Y1級電容器設(shè)計(jì)用于500VAC額定電壓。這些電容器可耐受85/85/1000h測試，并可通過1000次溫度循環(huán)。AY1安全電容器符合AEC-Q200標(biāo)準(zhǔn)。

F339X2 EMI抑制薄膜電容器

Vishay/BC Components F339X2 EMI抑制薄膜電容器，設(shè)計(jì)用于減少輻射并提高對無線電干擾的抗擾度。這些電容器具有出色的電容濾波器、主電壓的連續(xù)偏置、使用壽命結(jié)束時(shí)的安全特性以及UL 94V-0可燃性等級。F339X2抑制電容器的電容范圍為0.1μF至4.7μF，在105°C時(shí)支持630VDC直流電壓，電壓范圍為305VAC。該產(chǎn)品符合CQC、CSA-E60384-1:14以及UL 60384-14等車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。

總之，汽車電氣化是大勢所趨，有人將其與當(dāng)年福特汽車公司推出的T型車裝配流水線相提并論，對汽車行業(yè)而言，這將是一個(gè)關(guān)鍵的拐點(diǎn)。想要在這一波席卷汽車行業(yè)的新浪潮中沖浪，而不是被后浪在沙灘上拍成泡沫，你就要學(xué)會(huì)掌握最先進(jìn)的元器件技術(shù)，研發(fā)出與行業(yè)脈動(dòng)合拍共舞的產(chǎn)品。

原文標(biāo)題：汽車電氣化時(shí)代，什么樣的元器件才能“上車”？

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