《ADAS和电动汽车加速汽车电子控制单元的需求》

  • 来源专题:集成电路
  • 编译者: Lightfeng
  • 发布时间:2019-06-09
  • 我们的分析

    电子控制单元(ECU)在汽车行业中发挥着越来越重要的作用,推动了更安全,更智能,更清洁和更好连接的汽车的发展。因此,根据IHS Markit预测,全球汽车ECU收入预计将在2030年飙升至2110亿美元,复合年增长率(CAGR)将从2018年的1220亿美元上升至5%。

    ECU进入Overdrive

    虽然驾驶员的操作基本上是不可见的,但ECU对于保持车辆行驶至关重要,管理汽车子系统,包括发动机,动力转向和变速箱。

    电动汽车和ADAS加速了需求

    ECU使用量的增加反映了每辆新车中电子产品数量增加的更广泛趋势。根据IHS Markit预测,2030年车载电子产品的平均价值预计将从2018年的1,296美元上升至1,832美元。

    未来几年汽车电子内容上升的最大因素是ADAS,混合动力电动汽车(HEV)和电动汽车(BEV)。

    总的来说,HEV和BEV ECU在2018年仅占汽车电子市场总量的3%,但预计到2030年将增长到15%。2030年,ADAS将增长到占汽车电子收入的29%,高于2018年的17%。

    保持ECU的控制

    虽然ECU的激增正在推动汽车的许多新功能,但设备的多样性正在创造新的挑战。特别是,所有ECU的管理已成为一项复杂的任务。为了解决这个问题,汽车制造商正在寻求通过将功能整合到更少的设备中来减少每辆车中的ECU数量。

    新的电子架构正在兴起,以帮助管理成本,功耗和重量。一种新兴的架构是驾驶舱域控制器(CDC)。

    根据IHS Markit预测,合并将导致全球汽车信息娱乐电子产品收入趋于平缓。预计会出现这种情况,因为一些信息娱乐导向的ECU被CDC部分或完全取代。

    大型供应商主导着ECU业务

    大型汽车供应商大陆集团和博世在全球ECU市场的竞争中相形见绌。这两家公司合计占2018年ECU市场总量的28%。

    尽管尝试进行整合,但随着越来越多的汽车功能超出减少ECU使用量的努力,未来几年ECU的使用量将继续扩大。

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    • 来源专题:集成电路
    • 编译者:tengfei
    • 发布时间:2017-11-20
    • CDM 直流充电桩又称“非车载充电机”,对应于电动汽车内车载充电机的充电设施,其功能类似于加油站里面的加油机。根据对电动汽车的充电方式,充电桩可分为交流充电桩和直流充电桩两大类。交流充电桩主要安装在停车场,造价低廉,适合家用,给普通纯电动轿车充满电需要4~5个小时,俗称“慢充”。直流充电桩具备直接给电池充电的能力,以三相四线制的方式连接电网,能够提供充足的电力,输出的电压和电流调整范围大,俗称“快充”。 第一部分:直流充电桩的构造 直流充电系统是一个整体,是把交流功率系统转化成直流的装置。从构成开看,分变压器、配电柜、直流充电机和充电桩。其特点是: • 充电桩只负责与车辆对接和传输能量,损耗较小 • 配电系统的设计主要是配线、计量和熔丝保护,可以在一个设计单元中扩展和检查 • 直流充电机与充电桩一一配置,远离客户,走线通过地下传输 图示2-直流充电的设施概览 如图所示,整个直流充电机包括: • 充电电源模块:完成AC=>DC的电压和能量转换 • 智能控制模块:包含电源供给和控制部分,基本的功能是完成与电动汽车通信,根据电动汽车的需要来实现充电控制的功能 • 远程监控:需要接收远程监控主机的指令,传送相关数据信息,执行控制指令 • 温度控制:现有功率比较大时,充电电源模块需要散热功能温度控制 • 直流负载接触器 • 漏电保护器:保证交流端和直流端的绝缘检测 • 计费模块:按照国标要求,完成对电能的计量。按照现有的实际情况,一般计费模块包含两部分,与电能表通信,获取充电电量信息,与智能模块进行通信,供给刷卡、二维码计费等信息 • HMI&显示屏:为直流充电桩对外交互的接口,给用户输入信息和显示状态的接口,由于现在普遍支持多种支付的接口(银行卡、IC卡、二维码等内容),也作为HMI的一部分,读取卡内信息,识别用户身份及相关信息,这也是重要的组成部分 图示3-直流充电桩的原理图 从充电电源模块而言,分为整流、PFC、DC/DC变压几个部分,有1~2独立的控制器整流和变压部分,如下图所示。以下蓝色的部分为罗姆可以提供的一些器件。 图示4-充电机系统的核心部件概览 针对充电机系统,罗姆可提供以下解决方案及元器件: SiC-SBD:罗姆不断改善元器件工艺,随着产品的更新换代,实现了低VF。开发出使用SiC的SBD(肖特基势垒二极管),最适合PFC(Power Factor Correction)电路及逆变器用途。实现了Si-FRD(Fast Recovery Diodes)难以实现的极短的反向恢复时间(trr),使得高速开关成为可能。由于反向恢复电荷量(Qrr)小,为降低开关损耗和设备小型化做出贡献。 GateDriver:内置绝缘元器件的栅极驱动器,可实现与SiC相应的高速工作,输入输出延迟时间为Max.150ns的高速工作,使用无铁芯变压器,内置2,500Vrms绝缘元器件,利用独创的噪声消除技术实现了共模抑制,支持高VGS、负电源※BM6101FV-C,BM6104FV-C。 图示5-IPM工作波形(BM6101FV-C) 第二部分:充电桩的实际工作过程 我们首先来看一下整个直流充电桩和电动汽车的交互过程。 图示6-GBT18487.1的交互过程 车辆与充电桩的交互 · 准备阶段主要分三步 第一步,车辆接口连接确认阶段:当我们按下枪头按键,插入车辆插座,再放开枪头按键。直流充电桩将检测到直流充电枪插入的过程(12V-6V-4V)的电平变化。充电桩检测到充电枪插入成功,判定车辆接口完全连接,充电枪中的电子锁会进行锁止,防止枪头脱落。 第二步,直流充电桩自检阶段:在车辆接口完全连接后,充电桩将闭合K3、K4,使低压辅助供电回路导通(车辆将根据监测点2的电压判断车辆接口是否连接,若电压值为6V,则车辆装置开始周期发送通信握手报文),接着闭合K1、K2,进行绝缘检测(即检测DC线路的绝缘电阻),保证后续充电过程的安全性。绝缘检测结束后,将投入泄放回路泄放能量,并断开K1、K2,同时开始周期发送通信握手报文。 第三步,充电准备就绪阶段:电动汽车与直流充电桩相互配置的阶段,车辆控制K5、K6闭合,使充电回路导通,充电桩检测到车辆端电池电压正常(电压与通信报文描述的电池电压误差≤±5%,且在充电桩输出最大、最小电压的范围内)后闭合K1、K2,那么直流充电线路导通,电动汽车就准备开始充电了。 充电阶段:车辆向充电桩实时发送电池充电需求的参数,充电桩会根据该参数实时调整充电电压和电流,并相互发送各自的状态信息(充电桩输出电压电流、车辆电池电压电流、SOC等)。这里是由车辆根据自身的情况向充电机索取电流。 表1-直流充电的过程 充电结束阶段:车辆会根据电池管理系统计算得到的电池状态来判断是否结束充电。 • 车辆会发送“车辆中止充电报文”,在确认充电电流小于5A后断开K5、K6。 • 充电桩在达到充电桩设定的充电结束条件,或车辆发来的“车辆中止充电报文”后,控制充电桩停止充电,在确认充电电流小于5A后断开K1、K2,并再次投入泄放电路,然后再断开K3、K4。 图示7-充电过程概览 第三部分:直流充电桩的分布和未来发展 从全球来看, 2015年充电供电设施(包含四种充电模式,1&2为线缆,3&4分别为交流和直流充电桩)总数达145万个。 • 公共充电站19万个  慢充交流桩超过161802个  快充桩超过27707个 • 私人充电设施126万个 备注:这里的数据是EVI提供,IEA分析的,估计分析值全球电动汽车保有量为126万辆完全一致,存在一些考虑。特别是评估2015年底,中国有25%的自有桩,31.5万充电桩,这里明显有些高估了。 图示8-主要国家的充电桩计量 从整个城市来看,我们可以分两类, 1)目的地充电:购物场所、名胜观光区、游乐场、医院、公园、美术馆、高尔夫球场、旅馆、酒店、饭馆。 2)应急充电:加油站、高速公路、高架道路、铁路、空港。 从性质上分,运营实体都在尝试,车主在哪里,车主会在哪些地方大量使用充电桩,如果这个利用率提不上去,也就完全没有安装充电桩的商业可能性。 应急的充电站,其实是一个双刃剑。要车主等在边上不能久离的。有个很有趣的概念是,车主在快速充电的时候干嘛,说到底,应急充电也要给车主一个目的性他才会常去,否则这些应急的利用率就可想而知。 未来很长一段时间,车企都在解决两个和充电桩密切相关的问题,第一个是通过不断提高电池的容量来不断加大车辆的续航里程;第二个是尽可能缩短充电时间,目前一两个小时的快充,未来有可能要控制在十分钟之内。对于未来的充电桩提出了更高的挑战,未来直流充电桩的最高充电功率是设计成350kW。 图示9-直流充电将往高功率发展 今日小结:经过品牌电动汽车的长期市场教育,中国消费者已经了解并接受电动汽车,多地政府也最大限度地赋予电动汽车在上牌指标、购置补贴、城市道路不限行等政策性优惠和倾斜,也使得电动车市场愈见火热。同时,新能源汽车的“充电难”也日益突显,为缓解城市范围内电动汽车车主的“缺电焦虑”,必将在城区主要路段升级覆盖直流充电桩,这必然孕育着直流充电桩的广阔发展前景,在未来的电动汽车的发展中非常重要,有着广阔的发展前景。
  • 《英国政府宣布投资1660万英镑,用于测试和制造用于电动汽车和制造设备等高能机器的芯片》

    • 来源专题:计量基标准与精密测量
    • 编译者:李晓萌
    • 发布时间:2024-04-18
    • 近日,英国政府宣布投资1660万英镑,为半导体研究人员和企业提供新设备,帮助他们测试和制造用于电动汽车和制造设备等高能机器的芯片。 其中1400万英镑的资金特别针对用于“电力电子”的半导体,这是芯片转换和控制能源密集型机器的电源,包括电动汽车和制造设备。 这些新工具主要位于纽卡斯尔和斯特拉斯克莱德,将帮助各种规模的研究人员和企业测试电力电子领域的新创新应用,并改进他们的半导体“封装”工艺。这包括在硅片上添加复杂的外壳,这样它们就可以与它们设计用来处理信息的设备进行交互。 这项投资是通过Innovate UK进行的,是英国半导体战略的一部分,该战略将封装和测试芯片的新方法确定为推动半导体性能改进的关键领域。 先进封装的创新将通过提高半导体在数据中心和游戏等要求苛刻的应用中的性能,帮助降低运行半导体所需的功率,同时确保芯片在制造业等高温环境中能够更有效地冷却。 技术部长Saqib Bhatti说: 我们在封装半导体方面的新创新有可能改变整个行业,极大地改善消费设备,同时推动长期经济增长。 这项对开放获取技术的投资将确保英国研究人员拥有所需的工具,迅速将半导体科学转化为商业现实,同时使巨大的能源密集型行业更具可持续性。 这些开放获取的工具将涵盖设计和测试这些半导体的一系列过程,包括将硅片“切片”成更小的芯片,以及将复杂的材料粘合在一起制造芯片。 这笔资金还将用于帮助制造商改进用于自动化装配过程的技术,以及帮助制造和测试“驱动器”,这对于电动汽车、制造设备等将能量转化为运动至关重要。 Innovate UK的净零执行董事Mike Biddle说: Innovate UK对电力电子、机械和驱动供应链的投资显示了这些技术对英国经济和全球零排放竞赛的重要性。 看到半导体封装以及电机验证和制造领域的广泛活动令人兴奋。这笔投资的大部分与国家半导体战略保持战略一致,并有助于在英国发展高价值的晶圆后能力。 这笔资金将建立在现有的机械网络上,通过推动电力革命工业中心(DER-IC)向英国各地的研究人员和企业开放,该中心最初在2019年获得了3300万英镑的资金支持。 DER-IC此前曾与迈凯轮应用等公司合作,测试和开发制造“电动传动系统”的新方法,这是一种电力电子技术,将被生产汽车和飞机的公司使用,以更快地将创新和更高效的电动产品推向市场。 DER-IC执行主席Matt Boyle OBE教授说: 这笔资金将使我们能够帮助行业进一步投资电力电子,机器和驱动器(PEMD)制造技术。 自挑战开始以来,工业界已经在这些电气化制造技术上投入了大量资金。这些额外的设备正被部署到一些地区、能力和部门,行业已经表示它将增加英国的PEMD供应链。 西南和威尔士的DER-IC中心负责人和CSA Catapult的业务发展经理Paul Jarvie说: 这笔新的资金将帮助我们进一步改善我们为PEMD行业提供的产品,并开发创新的新技术,推动我们实现净零排放。 新的资金将帮助英国封装公司实现和降低规模挑战的风险,并使半导体在从电动汽车和可再生能源到制造业和数据中心的应用中充分发挥其潜力。