隨著電氣化程度加深，提高功率器件效率變得日益重要

空氣污染問題備受社會關(guān)注，其中機(jī)動車排放已經(jīng)成為空氣污染的重要來源。近年來，我國機(jī)動車保有量快速增長。2016年全國機(jī)動車保有量達(dá)2.95億輛，比2015年增長8.1%，其中新能源汽車保有量達(dá)101.4萬輛。按汽車排放標(biāo)準(zhǔn)分類，國一前標(biāo)準(zhǔn)占1.0%，國一標(biāo)準(zhǔn)占5.4%，國二標(biāo)準(zhǔn)占6.4%，國三標(biāo)準(zhǔn)占24.3%，國四標(biāo)準(zhǔn)占52.4%，國五及以上標(biāo)準(zhǔn)占10.5%。據(jù)測算，未來5年還將新增機(jī)動車1億多輛。

據(jù)環(huán)保部公布的《中國機(jī)動車環(huán)境管理年報(2017)》顯示：我國已連續(xù)8年成為世界機(jī)動車產(chǎn)銷第一大國，機(jī)動車尾氣是造成細(xì)顆粒物、光化學(xué)煙霧污染的重要原因，污染防治的緊迫性凸顯。年報顯示，2016年，全國機(jī)動車排放污染物初步核算為4472.5萬噸，比2015年削減1.3%。其中，一氧化碳3419.3萬噸，碳?xì)浠衔?22.0萬噸，氮氧化物577.8萬噸，顆粒物53.4萬噸。

環(huán)保部監(jiān)測表明，隨著機(jī)動車保有量快速增加，我國部分城市空氣開始呈現(xiàn)煤煙和機(jī)動車尾氣復(fù)合污染的特點。根據(jù)我國已完成的第一批城市大氣細(xì)顆粒物源解析結(jié)果，大多數(shù)城市PM2.5濃度貢獻(xiàn)仍以燃煤排放為主，但部分城市機(jī)動車排放已成首要來源。有資料顯示，北京、上海等超大型城市及東部人口密集區(qū)，移動源對PM2.5濃度的貢獻(xiàn)率高達(dá)20%—40%。在極端不利條件下，貢獻(xiàn)率甚至?xí)^50%。

為限制機(jī)動車排放污染，歐美日等國家都在通過技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)不斷提高乘用車燃料消耗量要求。我國工信部出臺的第四階段油耗限值標(biāo)準(zhǔn)要求乘用車生產(chǎn)企業(yè)的平均油耗必須從2015年的6.9L/100km下降至2020年的5.0L/100km，2025年將進(jìn)一步下降至4.0L/100km以下。

9月28日，業(yè)界關(guān)注已久的《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》（下簡稱“雙積分辦法”）正式發(fā)布，并自2018年4月1日起開始施行。在具體規(guī)范和懲罰方案落地后，車企將面臨更迫切的減排壓力。這應(yīng)是豐田準(zhǔn)備在中國市場首推純電動車的一個推動力。

無論是傳統(tǒng)燃油車，還是新能源車，電氣化技術(shù)在節(jié)能減排方面發(fā)揮的作用越來越大，在傳統(tǒng)燃油車上行之有效的節(jié)能方法，部分也能移植到新能源車，功率器件等電子元器件效能日益受到重視。在系統(tǒng)性降低油耗方面，博世（BOSCH，2018慕尼黑上海電子展，E4館4400）是技術(shù)積累最雄厚的廠商之一，近年來重點推行的起停系統(tǒng)、停缸技術(shù)，智能油門踏板等方案，均顯著降低了整車油耗。

博世提供的數(shù)據(jù)顯示，行駛過程中平均有30%時間并不需要發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)，如果車輛行進(jìn)中（例如平緩的下坡）可關(guān)閉發(fā)動機(jī)滑行，將有效降低油耗。博世新起停系統(tǒng)的滑行功能可以減少10%的油耗，而且該系統(tǒng)只需使用已有傳感器，幾乎不需要額外零件就能安裝在任何一款車型上，博世稱，配備帶滑行功能的起停系統(tǒng)，每公里能減少10克二氧化碳排放量。停缸技術(shù)與智能油門踏板也各能降低5%至7%的油耗。

將發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動的系統(tǒng)更改為用電機(jī)（馬達(dá)）驅(qū)動，降低油耗的作用也非常大。例如,將方向盤液壓助力系統(tǒng)更改為電動轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)，或者將油泵、水泵從發(fā)動機(jī)驅(qū)動更改為馬達(dá)驅(qū)動，這些改變都對降低油耗有貢獻(xiàn)。據(jù)東芝（TOSHIBA，2018慕尼黑上海電子展，E4館4200）統(tǒng)計，一臺車使用的馬達(dá)數(shù)量在30至150個之間，因此把汽車馬達(dá)驅(qū)動電路的功耗降低對于節(jié)能減排的影響非常大。據(jù)東芝介紹，通過其獨創(chuàng)的“矢量引擎”技術(shù)，可以大幅提高馬達(dá)驅(qū)動效率，節(jié)能效果非常好。

東芝水泵電機(jī)驅(qū)動方案

隨著電氣化程度加深，提高功率器件效率變得日益重要，也是眾多廠商重點投入的方向。據(jù)三菱電機(jī)（Mitsubishi，2018汽車技術(shù)日贊助商）首席技術(shù)官GourabMajumdar博士表示，三菱電機(jī)早已開發(fā)車載功率模塊，至今全球大約有1,100萬輛新能源汽車使用了三菱電機(jī)的半導(dǎo)體功率模塊。

三菱電機(jī)功率器件廣泛應(yīng)用于各種新能源車輛

三菱電機(jī)汽車功率模塊的優(yōu)勢在于系列廣，分J1A和J1B兩種。J1A是700A以下小功率產(chǎn)品，而J1B功率級別更高，電流可以達(dá)到1000A。兩種產(chǎn)品疊加起來，覆蓋300A到1000A電流等級和650V到1200V耐壓范圍，J1A和J1B產(chǎn)品采用針型散熱器，可以直接插到車身水槽內(nèi)進(jìn)行水冷散熱。J1B大功率產(chǎn)品系列為六合一產(chǎn)品，有1000A/650V和600A/1200V兩種，一個模塊就可以把主驅(qū)動系統(tǒng)搭起來。該系列產(chǎn)品采用了第七代IGBT芯片，功率密度高，雜散電感小，不含鉛的設(shè)計也符合環(huán)保要求。

三菱電機(jī)功率器件布局

除了MOSFET、IGBT等傳統(tǒng)功率器件，寬禁帶半導(dǎo)體器件（例如碳化硅）由于低開關(guān)損耗、耐高溫和高開關(guān)頻率等性能亮點，使其成為實現(xiàn)新能源車最佳性能的理想選擇。與傳統(tǒng)解決方案相比，基于碳化硅（SiC）的解決方案使系統(tǒng)效率更高、重量更輕及結(jié)構(gòu)更緊湊。

三菱電機(jī)在2013年推出第一代碳化硅功率模塊，至2015年進(jìn)入第二代產(chǎn)品，并且率先投產(chǎn)4英寸晶圓生產(chǎn)線。由于碳化硅需求量急速增長，三菱電機(jī)已經(jīng)投資建造6英寸晶圓生產(chǎn)線，預(yù)計在2018年推出第三代碳化硅功率器件。2017年9月，三菱電機(jī)發(fā)布一款1200V高效SiC MOSFET，相比傳統(tǒng)SiC MOSFET，三菱電機(jī)的新型SiC器件功耗再降低20%。

高壓化成為新能源車的一個新趨勢，800V系統(tǒng)越來越常見。采用高壓系統(tǒng)設(shè)計，使得超快速充電成為可能，而大功率傳輸線束與控制模塊體積也變得更緊湊。但引入高壓系統(tǒng)，也對電路安全提出更高要求，在電路保護(hù)方面，美國力特（Littelfuse）與君耀電子（Brightking，2018慕尼黑上海電子展，E5館5518）等廠商都有非常多的方案。君耀電子就能提供多系列多種規(guī)格不同封裝的EMS保護(hù)產(chǎn)品，主要應(yīng)用于汽車各類電子控制模塊電源線及通信接口的瞬態(tài)干擾電壓保護(hù)，如拋負(fù)載（load dump）防護(hù)和靜電保護(hù)。

我國雙積分管理辦法出臺，以及各國正逐步制定的燃油車退出時間表，都將引領(lǐng)汽車產(chǎn)業(yè)在節(jié)能減排技術(shù)上加速發(fā)展，但在車載功率器件領(lǐng)域，中國廠商差距還比較大，希望中國元器件廠商能夠抓住純電動車發(fā)展帶來的新機(jī)遇，逐步進(jìn)入車載市場，從而增強(qiáng)中國汽車產(chǎn)業(yè)供應(yīng)安全。

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