芯片厂商卡位电动汽车市场,让Formula E火了一把

2019-03-23 22:56:10 来源:EEFOCUS
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虽然工业电子在今年的慕展上抢了头条,但汽车电子仍是大家在展会期间热议的一个话题。在汽车电子领域,电动化和电子化无疑是两大趋势性技术方向,各大芯片厂商也在这两个方向上倾力投入,以期在技术、产品和市场上崭露头角,其中随着电气化的趋势,功率和电源器件在汽车整车成本中的占比明显提升,让它也成为众多芯片厂商的必争之地,尤以SiC功率器件为甚,罗姆、意法半导体、英飞凌、德州仪器、安森美等纷纷入场,很多本土芯片企业也在这一技术上攻关。而芯片厂商对电动汽车市场的关注,也让Formula E这一电动汽车方程式赛事火了一把。

 

Formula E与F1赛事的区别

今年已经是Formula E赛事的第5赛季。从2014年起,由主办世界一级方程式锦标赛(F1)和世界拉力锦标赛(WRC)的国际汽车联合会(FIA)举办的堪称世界最高速的电动赛车比赛。它不仅是电动汽车研发的试验场,还把促进社会对电动汽车的兴趣作为目标。


因为采用纯电动驱动,所以实现静音驱动,并且行驶时不会排放废气。由于这一特点,所有比赛都在世界代表性城市的市区、公共道路上举行。


在F1等传统汽车运动中,轮胎制造商和制动器制造商都争相加大了技术创新。在严酷的赛车运动中培养出来的技术创新也应用在商用车上,支持着整体汽车行业的发展。


在Formula E比赛中,全球电子行业也同样发生着竞争。作为纯电动汽车比赛,在极端状态下反馈而来的数据将进一步促进电动汽车的创新。


与F1等其他顶级比赛相比,Formula E的一个特征是参战的整车制造商多。许多制造商退出了著名的发动机汽车比赛,加速向Formula E比赛转移资金。从第4赛季开始,奥迪参战,从第5赛季开始有日产和宝马参战,从第6赛季开始将有梅赛德斯和保时捷参战等等,全球汽车制造商正纷纷开发最尖端的技术进行角逐。


上一赛季也是Formula E第4赛季已在197个地区播放。目前,年轻一代的粉丝比例超过60%,女性粉丝超过40%,获得了与传统赛车运动不同的新粉丝。

 

罗姆加盟,助力VENTURI车队提高能效
从第3赛季开始,罗姆作为VENTURI Formula E车队的官方技术合作伙伴,向其提供SiC(碳化硅)功率元器件。


用电池驱动的Formula E赛车与传统赛车的最大不同之处在于电源管理。如何最大限度地利用电力是取胜的关键。

 

图片由VENTURI车队提供


能否毫无浪费地使用电力,取决于控制电池电量并将其发送到电机的逆变器的性能。


而罗姆的挑战也恰恰在此。

 


VENTURI Formula E车队的赛车逆变器中搭载了“全SiC”功率模块,该模块具有罗姆开发的独有的模块内部结构和优化散热设计的新封装,成功提高了额定电流。另外,与普通的相同额定电流的IGBT模块相比,开关损耗降低达75%(芯片温度150℃时),这将有助于节能。不仅如此,高频驱动可实现外围部件的小型化,高频驱动时开关损耗减少更显著,因此还有助于冷却系统的小型化。


在Formula E,通过将“全SiC”功率模块应用到逆变器这一赛车驱动核心部件中,与第2赛季未搭载SiC的逆变器相比,成功实现了43%的小型化与6kg的轻量化。


此外,从第5赛季开始,VENTURI的赛车还搭载了罗姆制造的栅极驱动器


栅极驱动器用来控制功率元器件,并且以协同效应为电动赛车提供最佳解决方案。
先进的电力控制不仅对于Formula E等赛车而且对于在普通道路上行驶的电动车辆的创新都是必不可少的。


目前,在EV的发展中,增加电池容量,改善电动机的节能和旋转性能是一个挑战。另一方面,控制电池发送电力到电机的逆变器兼具“高效率”和“小型化”已成为一个重要的主题。


“高效率化”是指减少电池发送电力到电机时的电力损耗,“小型化”不仅指减小逆变器本身的尺寸,还指减小冷却装置等周边装置的尺寸,即指减小整体尺寸。


如果EV逆变器可以解决这两个主要问题,则可以用相同容量的电池来延长行驶距离,或在保持行驶距离的前提下减小电池容量。


近年来,为了显著改善逆变器性能,SiC功率元器件正受到关注。


SiC是硅(Si)和碳(C)的化合物。自然状态下极为罕见,现在可以人工制造,但高质量的净化和加工需要高科技。罗姆是第一个成功大规模生产出使用SiC的SiC-MOSFET的制造商。SiC功率器件的特征是比传统半导体具有更高的功率转换效率。另外,由于转换时产生的热量小,因此可以大大减小包括冷却机构的设备尺寸。


这些特征已经得到认可,现在正在需要高功率和高电压的广泛领域全面普及。


此次三亚站是Formula E第5赛季的第6赛段,VENTURI车队的车手在上一赛段即香港赛段上取得了冠军的好成绩。在三亚站,该车队CTO Franck Baldet在接受与非网记者采访时提到,Formula E赛车一大特点是在技术上追求高效,因为目前参加Formula E的赛车的最大电源功率限定在250KW,让各参赛赛车的最高时速只能达到280km/h,仍低于F1的320km/h,Franck表示到第9赛季最大功率将有所提升,届时Formula E赛车的车速也将进一步得到提升。

 

VENTURI车队CTO Franck Baldet

 

同时Franck介绍,在Formula E比赛中,因为每个车队单个电池存储的能量相同,须以最高效方式推动汽车前进。电池中,能量以直流存储,逆变器将电力转换为交流电,是旋转电机和推动汽车必需的,得益于全SiC功率模块,实现高性能行驶,能量损耗降到最低。通过组合使用SiC和栅极驱动器,实现了最佳性能。运用罗姆先进车载功率器件开发经验,VENTURI车队的赛车实现了更小型、更强大、更快速的电源系统。

 

此项赛事更大的意义在于,在Formula E验证过的技术,将继续推广到量产汽车领域,为普通商用电动汽车的普及提供技术支持。
 

 

 
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作者简介
高扬
高扬

与非网总编。网称“羊在发现”,电子工程科班出身,三载研发历练,以我专业背景和对文字的热爱进入与非网,属偶然中的必然。愿不断发现电子奥妙、产业脉动,以我见我思还一个真相。工作之外,话剧、旅行、阅读是最大乐事。

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