随着电气化程度加深，提高功率器件效率变得日益重要

空气污染问题备受社会关注，其中机动车排放已经成为空气污染的重要来源。近年来，我国机动车保有量快速增长。2016年全国机动车保有量达2.95亿辆，比2015年增长8.1%，其中新能源汽车保有量达101.4万辆。按汽车排放标准分类，国一前标准占1.0%，国一标准占5.4%，国二标准占6.4%，国三标准占24.3%，国四标准占52.4%，国五及以上标准占10.5%。据测算，未来5年还将新增机动车1亿多辆。

据环保部公布的《中国机动车环境管理年报(2017)》显示：我国已连续8年成为世界机动车产销第一大国，机动车尾气是造成细颗粒物、光化学烟雾污染的重要原因，污染防治的紧迫性凸显。年报显示，2016年，全国机动车排放污染物初步核算为4472.5万吨，比2015年削减1.3%。其中，一氧化碳3419.3万吨，碳氢化合物422.0万吨，氮氧化物577.8万吨，颗粒物53.4万吨。

环保部监测表明，随着机动车保有量快速增加，我国部分城市空气开始呈现煤烟和机动车尾气复合污染的特点。根据我国已完成的第一批城市大气细颗粒物源解析结果，大多数城市PM2.5浓度贡献仍以燃煤排放为主，但部分城市机动车排放已成首要来源。有资料显示，北京、上海等超大型城市及东部人口密集区，移动源对PM2.5浓度的贡献率高达20%—40%。在极端不利条件下，贡献率甚至会超过50%。

为限制机动车排放污染，欧美日等国家都在通过技术标准和法规不断提高乘用车燃料消耗量要求。我国工信部出台的第四阶段油耗限值标准要求乘用车生产企业的平均油耗必须从2015年的6.9L/100km下降至2020年的5.0L/100km，2025年将进一步下降至4.0L/100km以下。

9月28日，业界关注已久的《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》（下简称“双积分办法”）正式发布，并自2018年4月1日起开始施行。在具体规范和惩罚方案落地后，车企将面临更迫切的减排压力。这应是丰田准备在中国市场首推纯电动车的一个推动力。

无论是传统燃油车，还是新能源车，电气化技术在节能减排方面发挥的作用越来越大，在传统燃油车上行之有效的节能方法，部分也能移植到新能源车，功率器件等电子元器件效能日益受到重视。在系统性降低油耗方面，博世（BOSCH，2018慕尼黑上海电子展，E4馆4400）是技术积累最雄厚的厂商之一，近年来重点推行的起停系统、停缸技术，智能油门踏板等方案，均显著降低了整车油耗。

博世提供的数据显示，行驶过程中平均有30%时间并不需要发动机运转，如果车辆行进中（例如平缓的下坡）可关闭发动机滑行，将有效降低油耗。博世新起停系统的滑行功能可以减少10%的油耗，而且该系统只需使用已有传感器，几乎不需要额外零件就能安装在任何一款车型上，博世称，配备带滑行功能的起停系统，每公里能减少10克二氧化碳排放量。停缸技术与智能油门踏板也各能降低5%至7%的油耗。

将发动机直接驱动的系统更改为用电机（马达）驱动，降低油耗的作用也非常大。例如,将方向盘液压助力系统更改为电动转向助力系统，或者将油泵、水泵从发动机驱动更改为马达驱动，这些改变都对降低油耗有贡献。据东芝（TOSHIBA，2018慕尼黑上海电子展，E4馆4200）统计，一台车使用的马达数量在30至150个之间，因此把汽车马达驱动电路的功耗降低对于节能减排的影响非常大。据东芝介绍，通过其独创的“矢量引擎”技术，可以大幅提高马达驱动效率，节能效果非常好。

东芝水泵电机驱动方案

随着电气化程度加深，提高功率器件效率变得日益重要，也是众多厂商重点投入的方向。据三菱电机（Mitsubishi，2018汽车技术日赞助商）首席技术官GourabMajumdar博士表示，三菱电机早已开发车载功率模块，至今全球大约有1,100万辆新能源汽车使用了三菱电机的半导体功率模块。

三菱电机功率器件广泛应用于各种新能源车辆

三菱电机汽车功率模块的优势在于系列广，分J1A和J1B两种。J1A是700A以下小功率产品，而J1B功率级别更高，电流可以达到1000A。两种产品叠加起来，覆盖300A到1000A电流等级和650V到1200V耐压范围，J1A和J1B产品采用针型散热器，可以直接插到车身水槽内进行水冷散热。J1B大功率产品系列为六合一产品，有1000A/650V和600A/1200V两种，一个模块就可以把主驱动系统搭起来。该系列产品采用了第七代IGBT芯片，功率密度高，杂散电感小，不含铅的设计也符合环保要求。

三菱电机功率器件布局

除了MOSFET、IGBT等传统功率器件，宽禁带半导体器件（例如碳化硅）由于低开关损耗、耐高温和高开关频率等性能亮点，使其成为实现新能源车最佳性能的理想选择。与传统解决方案相比，基于碳化硅（SiC）的解决方案使系统效率更高、重量更轻及结构更紧凑。

三菱电机在2013年推出第一代碳化硅功率模块，至2015年进入第二代产品，并且率先投产4英寸晶圆生产线。由于碳化硅需求量急速增长，三菱电机已经投资建造6英寸晶圆生产线，预计在2018年推出第三代碳化硅功率器件。2017年9月，三菱电机发布一款1200V高效SiC MOSFET，相比传统SiC MOSFET，三菱电机的新型SiC器件功耗再降低20%。

高压化成为新能源车的一个新趋势，800V系统越来越常见。采用高压系统设计，使得超快速充电成为可能，而大功率传输线束与控制模块体积也变得更紧凑。但引入高压系统，也对电路安全提出更高要求，在电路保护方面，美国力特（Littelfuse）与君耀电子（Brightking，2018慕尼黑上海电子展，E5馆5518）等厂商都有非常多的方案。君耀电子就能提供多系列多种规格不同封装的EMS保护产品，主要应用于汽车各类电子控制模块电源线及通信接口的瞬态干扰电压保护，如抛负载（load dump）防护和静电保护。

我国双积分管理办法出台，以及各国正逐步制定的燃油车退出时间表，都将引领汽车产业在节能减排技术上加速发展，但在车载功率器件领域，中国厂商差距还比较大，希望中国元器件厂商能够抓住纯电动车发展带来的新机遇，逐步进入车载市场，从而增强中国汽车产业供应安全。

您若希望了解更多汽车电子节能减排技术，请来参加2018年3月13日在上海浦东喜来登由由大酒店举办的汽车技术日活动，以及2018年3月14-16日在上海新国际博览中心举行的慕尼黑上海电子展（electronica China 2018），高端行业峰会加年度电子行业新春首场大型展览盛事，将为汽车行业专业人士开启一场独特的汽车电子技术之旅。