鷹峰電子:新能源汽車熱潮下的電子元器件創新

文:2016年5月

導語:近期,本刊采訪到該公司技術副總經理石巖峰,請他來談談企業在這一方面的發展歷程。

    車輛關系到人們的人身財產安全,因此新能源汽車對電子元器件的基本要求是可靠性、安全性。上海鷹峰電子科技股份有限公司專注電力電子無源器件的研發、生產、銷售與服務,近年來鷹峰電子開發的電力電子無源器件在新能源汽車領域得到了廣泛的應用,逐步積累起豐富的新能源汽車市場開發經驗。近期,本刊采訪到該公司技術副總經理石巖峰,請他來談談企業在這一方面的發展歷程。

車用電子元器件需求放量
    從2015年起,新能源汽車行業迎來了爆發期。政策方面,在新能源汽車補貼、充電樁補貼利好的帶動下,新能源汽車產業得到了快速發展,也加速了跨行業資源的整合。同時各地根據政府頒布的新能源汽車政策陸續出臺了一系列適時的鼓勵政策,加快了新能源汽車的快速推廣。在市場方面,新能源汽車因其良好的環保效果,對受霧霾天氣影響日益嚴重的區域居民來說,購買新能源汽車是保護自己生活環境的有力支持,加上國家對新能源新車的補貼,因此出現了今天新能源汽車市場火爆的行情。

    伴隨著新能源汽車市場的發展,需要大量的基于電動汽車需求的電子器件。對于大多數國內元器件廠商來說,與電動汽車行業的接觸都較少,對汽車行業的體系要求不清楚、標準也不明確。實際上,新能源汽車對電子元器件產品的應用要求一定是以穩定、安全為首要條件。與此同時,汽車行業對電子器件的要求不僅要保證足夠的安全性,而且基于行業競爭的壓力,器件廠商還需要提供高性價比的產品來適應市場的需求。另一方面,新能源汽車一般需要定制化的產品,這就要求電子器件廠商要有足夠的研發設計能力來適應新能源汽車新的設計要求。因此,元器件廠商如果僅僅依靠簡單的來料加工,往往難以滿足新能源汽車市場的發展形勢。

新材料、新工藝、新設計
    目前新能源汽車電子元器件主要是由具有研發實力的器件廠商來供應,核心器件以外資企業為主,同時近年來國內器件廠商的市場份額也在逐步提高。國內器件廠商在服務、交期,特別是客制化的聯合設計方面更能適應市場的需求。例如,上海鷹峰電子在新能源汽車行業的開拓中主要為客戶提供一站式器件解決方案,其中包括汽車驅動廠商需要的各種器件,如薄膜電容器、疊層母線、電抗器、濾波器、驅動器散熱器等多款無緣器件產品,并可為客戶提供整體解決方案。

鷹峰電子針對新能源汽車開發的電容器、應用在鋰電池上的水冷板等無源器件。

    對于新能源汽車中應用到的電子元器件,特別是電力電子無源器件,主要集中在驅動器中。而驅動器的發展趨勢依舊是高效率、高功率密度、高可靠性和高性價比。就驅動器的體積而言,無源器件(除了功率單元之外;電容、電感、母線和散熱器等等)占有效空間的70%以上;而在成本上而言,無源器件占到三分之一左右。針對使用的場景,與之配合的功率器件越來越高頻化,并且運行環境如溫度、震動和電磁兼容要求越來越高,因而,未來的電子元器件的發展趨勢必須是采用新的材料、新的工藝,和新的性能設計理念,以及更加柔性化,來適合高速發展的新能源汽車市場。此外,為了滿足汽車行業的大規模和高可靠性要求,電子元器件的研發管理體系也必須予以進一步加強。

    從具體的產品開發來看,薄膜電容器在新能源汽車上主要起到直流母線支撐作用,產品在設計開發時,通過對薄膜的設計及仿真確保產品的各項電氣指標,如靜態電容量、ESR和ESL等等,尤其是關于溫升的控制,同時薄膜電容器采用了安全膜結構,大大提升產品的安全性。另外,疊層母線著重產品低ESL設計和可靠性,以保障產品使用時的安全性,所以在產品設計時要做好仿真測試驗證,以及針對震動、沖擊等方面的測試。

    隨著新能源汽車高功率密度和輕量化的要求,需要不斷開發出新型磁芯材料和繞制工藝以適應不同的開關頻率和安裝要求。水冷散熱器則主要是參考客戶驅動器功率與尺寸來設計水冷板的尺寸,以保證有足夠的耐壓性,同時還要考慮到產品的耐腐蝕性以確保產品穩定性及工作壽命。

    最近,鷹峰電子在亞洲PCIM電力電子展會上展出了用于電動汽車電控系統薄膜電容母線的集成方案,它集電容器、疊層母線為一體,減少了20%的高頻寄生電感,降低了薄膜電容尖峰電壓,并且減少了客戶組裝的工作量,降低了采購成本。

    目前,新能源汽車市場受國家政策的影響較大,各地新能源汽車銷售火爆很大原因在于地方政策的支持,包括新能源汽車牌照,還有相應的國家補貼、地方政府補貼等等。但是從長遠來看,石油能源的逐漸枯竭,電能成本較石油成本有較大的優勢,未來新能源汽車市場補貼退坡加速將促使車企嚴格控制成本,而鷹峰電子在新能源汽車市場推廣的策略中一直是以整體解決方案為客戶帶來高性價比的產品,利用多產品線優勢為客戶提供綜合解決方案,這也正好順應了市場發展的需要。

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新能源汽車動力電池及充電樁建設新動向
動力電池:提升能量密度、降低單位成本
    2016年上半年,國內鋰行業取得了突飛猛進的發展,成為整個有色金屬行業的一匹黑馬。上半年鋰價先揚后抑,電池級碳酸鋰市場貨源緊張,利好支撐強勁,這主要得益于國家對新能源汽車產業的大力扶持,中國已成為世界上最大的電動汽車市場。

    鑒于電池是電動汽車核心的零部件之一,在純電動汽車的制造成本方面,電池的占比也最高,普遍在30%以上,有的甚至40%或50%以上。根據往年新能源汽車車型電池容量及推廣應用量占比,可計算出新能源汽車平均所需電池容量為49kWh,按照對新能汽車需求量的估算,可以預計到2016年和2020年新能源汽車在電力電池部分的需求將達到29.4GWh和超過190GWh,由此可預計該市場規模有望達到近600億元人民幣和近3000億元人民幣。

    電動汽車開發目前主要存在兩類情況,一是在解決純電續航里程的情況下降低車輛的售價,二是在車輛價格已經比較低的情況下提升純電續航里程,其中最重要的工作就是要降低電池的單位成本。為此,一些廠商依靠規模來降低成本;或是革新電池技術,依靠技術來降低成本。另一方面,提升電池組能量密度主要有兩個辦法:一是在不降低安全系數的情況下,使用輕質部材對電池組框架進行輕量化處理,二是提升電芯的能量密度。

充電樁:盡快跟上新能源汽車高速發展的步伐
    據國家能源局最新統計,今年上半年,全國已建成公共充電樁8.1萬個,相比2015年底增長65%;私人充電樁建設超過2.5萬個,相比2015年年底增長12%。但總體而言,目前充電基礎設施發展仍是制約中國新能源汽車發展的一大瓶頸。充電樁建設在國內外均處于起步階段,建設難度較大,基礎設施與電動汽車發展不協調,現有商業模式仍不具備大范圍推廣應用條件,設備接口、通信協議等技術標準亟需完善。

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