一、典型的傳統(tǒng)供應(yīng)鏈難以跟上技術(shù)迭代的速度
汽車是精密的工業(yè)制品，汽車制造是極其細(xì)化和系統(tǒng)的工程，自上而下按照物理層級(jí)可以分為整車層、系統(tǒng)層、子系統(tǒng)層、控制ECU層和元器件層，如下圖所示。
圖1 EE相關(guān)部件開發(fā)
相應(yīng)地，從整車到元器件的分層開發(fā)鏈條，也就涉及到整車工程師、EE架構(gòu)部門、具體子系統(tǒng)負(fù)責(zé)部門，下層部件的設(shè)計(jì)發(fā)布部門，再往下涉及到Tier1供應(yīng)商和Tier2供應(yīng)商。
表1 不同的層級(jí)
備注：?jiǎn)我粰C(jī)電系統(tǒng)打包，和多部件系統(tǒng)整合總成還是有一些層級(jí)上的區(qū)分，如下圖所示
圖3 多供應(yīng)商之間的協(xié)調(diào)和系統(tǒng)打包有挺大的差異
所以一項(xiàng)新技術(shù)在整車企業(yè)上的應(yīng)用，非安全性的也得走一個(gè)系統(tǒng)化的過程；而涉及到安全性的過程，更是要從下層方案導(dǎo)入，層層對(duì)比。往往芯片解決方案需要先經(jīng)過Tier1的企業(yè)評(píng)估和預(yù)先研究一番，才能到整車企業(yè)那里。這樣的迭代和反應(yīng)速度，對(duì)于快速提升整車產(chǎn)品的科技性和亮眼程度，明顯是不夠的。
二、 電氣化元件供應(yīng)鏈的扁平化機(jī)會(huì)
以前，由于層級(jí)和信息深度的原因，車企在制作系統(tǒng)規(guī)格書的時(shí)候，直接面對(duì)的是Tier1的系統(tǒng)整合商，所有的需求都是以部件的形式體現(xiàn)，在具體參數(shù)和功能上進(jìn)行界定，所以某種程度上，如果Tier1已有儲(chǔ)備相關(guān)的技術(shù)，無非是在功能和參數(shù)上進(jìn)行改良和適應(yīng)優(yōu)化。而如今，在技術(shù)革新很快的座艙電子、電驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力總成技術(shù)以及ADAS技術(shù)等方面，這種供應(yīng)合作模式就起了變化。
由于傳感器、功率電子在消費(fèi)電子、工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的先后特性，使得相關(guān)技術(shù)滲透的需求來得越來越快。這種層級(jí)的變化，使得車企OEM的工程部門，特別是前沿的研發(fā)機(jī)構(gòu)需要更多了解底端的情況，以便評(píng)估技術(shù)在汽車?yán)锩鎽?yīng)用的速度。
圖4 OEM工程和產(chǎn)品部門對(duì)于部件層級(jí)的滲透
也正是這個(gè)原因，在很多領(lǐng)域里，車企直接與芯片廠家進(jìn)行完整的接觸和溝通，把系統(tǒng)性的需求分解成芯片層級(jí)的需求。所以就出現(xiàn)了對(duì)軟件層面的話語權(quán)的爭(zhēng)奪，整合過程中，供應(yīng)鏈趨于扁平化，芯片算法與控制策略軟件進(jìn)行融合，這種前端和后端的直接溝通效率很高。這一扁平化趨向，導(dǎo)致價(jià)值鏈的中層系統(tǒng)整合者所能積累的know how和數(shù)據(jù)量，完全傾向了車企一方和算法提供者的芯片廠家。
圖5 器件開發(fā)的深入
三、 高壓系統(tǒng)和功率半導(dǎo)體
從提升效率的角度考慮，元器件的特性和成本特點(diǎn)已經(jīng)直接帶入到了車型的譜系特點(diǎn)。
SiC（碳化硅）作為碳和硅的化合物，具有良好的硬度和耐熱性，常作為電子元件的原材料使用。當(dāng)SiC作為功率元件使用時(shí)，具有非常卓越的性能，與以往的Si半導(dǎo)體相比，SiC半導(dǎo)體低損耗、高耐壓、高率工作及高溫工作的特性更加卓越，采用了SiC二極管和SiC晶體管的全SiC逆變器高效優(yōu)勢(shì)明顯，光伏發(fā)電用逆變器及鐵路車輛的驅(qū)動(dòng)用逆變器已開始全面采用SiC器件。
全球各家汽車OEM和Tier 1試制的新型逆變器，可以通過應(yīng)用SiC-MOSFET降低電流損耗并可以均等化排列安裝，新研發(fā)的逆變器與原有逆變器相比，能量損耗大幅減少，同體積的電力容量擴(kuò)大了非常多。以整個(gè)行業(yè)標(biāo)桿為例，汽車企業(yè)開始在2015年就采用SiC功率元件的試制車進(jìn)行公路實(shí)驗(yàn)，從全球來看，這已經(jīng)演變成為整個(gè)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。
- Sic器件溫度耐受性的提高，使得逆變器可以更集成化
- SiC器件可以顯著的減少體積
- SiC器件的功率損耗，可以進(jìn)一步減少對(duì)液冷散熱的需求
- SiC器件可以進(jìn)一步提高總線電壓
在元器件層面的變化，使得整個(gè)EMC要求、冷卻的要求、控制電路的要求還有整個(gè)特性出現(xiàn)了變化。
圖6 逆變器層級(jí)的功率電子迭代
關(guān)于車載電氣化驅(qū)動(dòng)器不同階段IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的設(shè)計(jì)，在之前豐田的閉合領(lǐng)域里面，豐田的工程師已深度介入IGBT功率元件
1） 第一代IGBT模組：采用了IGBT裸片接到鋁基板上的方案，鋁基板通過焊料直接連接水冷板，其散熱途徑為向下的單面水冷散熱。
2） 第二代IGBT模組：進(jìn)一步提升了散熱性能，通過改進(jìn)工藝，減少了原來的銅合金散熱片。從間接散熱方案轉(zhuǎn)向直接散熱。
3） 第三代IGBT模組：引入功率卡片式IGBT模塊，每個(gè)功率卡片包含兩個(gè)IGBT芯片和兩個(gè)續(xù)流二極管組成的半橋。然后使用多組水冷冷卻片來對(duì)如上的功率卡片式IGBT進(jìn)行雙面水冷。整體高壓功率模塊體積較之前減小了33%。同時(shí)電氣損失減少了20%。
下一步，SiC-MOSFET將會(huì)成為主功率單元被應(yīng)用到逆變器中，這些元器件上面的特性和成本特點(diǎn)已經(jīng)直接帶入到了車型的譜系特點(diǎn)里面去了。
圖7 SiC的應(yīng)用和相應(yīng)的系統(tǒng)和電子產(chǎn)品成本
這個(gè)趨勢(shì)隨著類似中國(guó)的新能源積分政策對(duì)于百公里能耗的要求，直接助推了驅(qū)動(dòng)效率的提升。
1) 續(xù)航里程
這個(gè)值現(xiàn)在和電能的利用率直接掛鉤了，以后可以比相同電量誰跑得多了。是雙重激勵(lì)，電池成本少，積分值還能有提升。
圖8 續(xù)航里程積分圖
2) 百公里耗電
純電動(dòng)乘用車車型，按整車整備質(zhì)量不同，綜合工況條件下電能消耗量（Y）不滿足條件一的，車型積分按照標(biāo)準(zhǔn)車型積分的0.5倍計(jì)算，并且積分僅限自身使用；滿足條件二的，按照1.2倍計(jì)算；其余按照1倍計(jì)算。
- ?條件一：m≤1,000kg時(shí)，Y≤0.014×m+0.5；1,000<m≤1,600kg時(shí), Y≤0.012×m+2.5；m>1,600kg時(shí)，Y≤0.005×m+13.7。
- 條件二：m≤1,000kg時(shí)，Y≤0.0098×m+0.35；1,000<m≤1,600kg時(shí), Y≤0.0084×m+1.75；m>1,600kg時(shí)，Y≤0.0035×m+9.59。
圖9 百公里電耗加分和減分系數(shù)
四、小結(jié)和建議
1） 隨著汽車技術(shù)整合程度的加深，國(guó)外車企必將加緊爭(zhēng)奪軟件話語權(quán)，從而將更多的話語權(quán)把握在自身手里；國(guó)內(nèi)車企直接從Tier1系統(tǒng)供應(yīng)商找現(xiàn)成成果的可能性也在下降，未來技術(shù)的應(yīng)用不僅要靠Tier1還要靠自身的工程部門。
2） 在車企的工程開發(fā)部門內(nèi)部，除了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)發(fā)布工程師的角色之外，還會(huì)有更多的軟件和部件開發(fā)的工程師，來支持自身的能力實(shí)施。層次的深入和增多，帶來的工程能力需求和復(fù)雜度也在上升，理想的實(shí)現(xiàn)需要更多不同職能的工程技術(shù)人員在整車和系統(tǒng)開發(fā)時(shí)候努力。
3） 未來在變，對(duì)我們個(gè)體而言，各種能力和知識(shí)的儲(chǔ)備就更關(guān)鍵了。因?yàn)楣驹谡麄€(gè)鏈條上的戰(zhàn)略和打法都會(huì)有很大的變化和調(diào)整。
參考文件：
1） Automotive 4.0 Threat or opportunity for incumbents
2） Robustness Validation – System Level Appendix to Robustness Validation Handbook for EEM
