星空体育(中国)官方网站吴壬华:从专注走向专精——车载电源产业的破局之路

星空体育(中国)官方网站2022-09-01 5051

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吴壬华  清华大学工学博士

现任深圳星空体育(中国)官方网站股份有限公司 董事长兼总经理

31年的电力电子行业经验,曾多次担任国家863计划、国家发改委、广东省科技厅、深圳科创委等多项电动汽车车载电源高压电控系统集成等技术研发项目负责人。深圳市海外高层次人才,深圳市南山区领航人才,拥有10多项国际电力电子领域发明专利,以及40多项国内电力电子领域发明专利,曾获得国家发明奖四等奖;在他的带领下,星空体育(中国)官方网站的车载电源产品在性能和设计的前瞻性位居行业前列。

 

 

新能源汽车电气化与智能化的发展进程中,车载电源是高压电气系统中最晚被确定“名分”的成员。星空体育(中国)官方网站团队从“十一五”计划元年(2006年)开始以863项目主承接单位身份参与混动汽车DC-DC模块开发,到2010年又研发成功首款面向纯电动方案的车载充电机(OBC)。行业发展初期主机厂通常将DC-DC划分到电驱动系统,而将OBC划分动力电池系统。基于这两个功能模块相似的工作原理与功能,星空体育(中国)官方网站在业内率先提出了车载电源的产品定名。因为与新能源汽车行业结缘较早,创业17年来由欣锐团队首推并对行业发展有显著影响力的原创技术有:大功率SiC驱动技术2013年)、单模块6.6KW OBC2015年)、磁集成OBC+DC-DC(2016)、隔离型双向11KW OBC技术(2018年)、基于AUTOSAR架构控制集成OBC+DC-DC2018年)等。

 

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伴随着全球电动汽车高压电气系统不断优化,以OBCDC-DC两个车载电源模块为核心的高压电控系统逐渐与动力电池系统(电芯+BMS+PACK)与电驱动系统(电机+电控+减速器)成为了三大高压电动系统之一。如果以智能汽车“控制域来划分,这三大系统可以划入“高压电动控制域”,或称为“动力控制域”。 

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一、不断优化系统集成技术促进行业进

1.Tier 1主导下的系统集成产品

中国车载电源产业的发展历程与另外两大高压系统有相似之处。17年前参与863项目的团队面临的都是“从零开始”的探索性挑战。不仅有混动、增程式、插电式、纯电动等多技术路线发展的困扰,而OBC作为插电式与纯电动方案专属部件,当时在全球范围内也找不到成熟的对标样件。在当时全行业对高压电气系统架构与布局难以形成共识的背景下,星空体育(中国)官方网站基于对标全球经典车型发展历程的基础上制定了从L0-L5的高压电控系统集成的技术规划路线。从L0级的OBCDC-DC独立模块应用开始,我们经历了L1级外形集成,L2级结构集成(散热结构复用),L3级模块集成(电路、磁路、PCBA复用),L4系统集成(复用基于AUTOSAR架构,满足功能安全、信息安全的控制集成系统),L5功率模块集成(在L4的基础上实现功率半导体器件的模块化集成)。
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2006年至今,我们在每一个时期均通过提前3年投入预研资源的模式将最符合行业成本与技术进步需求的方案及时推出,有力支持了主机厂的发展。2014年为行业产业化的爆发元年,欣锐科技L2,L3级系统集成产品及时响应了主机厂整车降本、减重,性能大幅提升的需求。到了2018年智能化浪潮来临前,我们在支持A00经济型国民车方案的L3磁集成平台基础上,推出了全面支持功能安全、信息安全,OTA功能,满足AUTOSAR架构的L4级平台方案。及时升级系统架构让我们少走了许多弯路,有力支持了行业全面向智能网联化方向转型发展。

主机厂总是期待Tier 1企业既能自主控制经营风险,又能在技术研发上快速响应自己的技术发展路线。因此我们在不同历史时期通过小步快走,不断迭代的方式在研发投入、制造能力、成本控制的“铁三角”之间努力达成最优解。符合行业发展规律,以行业整体利益为中心的技术代际路线规划,让我们在不同的历史时期持续支撑主机厂的发展要求。既要活下去,又不能被行业发展大势甩下,这是每一个对于新能源汽车行业负担历史使命的企业,都必须面临的课题。

 

2. 主机厂主导的系统集成化思维

如果说Tier 1厂商可以推动高压电控系统内部模块的核心技术进步与局部系统化进程,那么基于整车设计域控制架构的系统大集成方案则是主机厂责无旁贷的使命。我们在过去的17年来与行业主机厂合作进行了许多合作,核心思路基本上是以车载电源模块+高压充配电模块为核心的高压电控总成与电驱动系统三合一组成的超大系统集成,甚至还包含了VCU,BMS等控制器。这种大集成思路存在两个典型应用场景:

1)在以日产LEAF2,以及国内A00级国民车为代表的前驱小型车平台上,由于充分利用了前舱空间,这种超大集成方案的确存在应用与成本优势。

2)在后驱或者四驱全尺寸车型受制于后排空间因素,大电流配电回路和超级充电回路被转移到电池包中。因此后驱车型通常采取比较典型的分布式集成方案,即“电驱三合一 + CCU三合一OBC+DC-DC+ 2-4路辅助供电),而规模过大的超级集成方案显然不具备优势。

我们对大系统集成有以下几点思考:

1) 主机厂的大集成方案中是否得到有效精简?是否有利于系统整体减重、降体积?还是仅仅“为了集成而集成”?

2) 方案对整车售后服务成本是否带来明显的成本上升与其它不便?是否会抵消大集成带来的整体收益?

3) 主机厂是否有效整合Tier 1Tier 2供应商合作联盟的利益?是否因为某一个环节影响整体利益?

 

以技术进步的思维应对行业系统化挑战

补贴退出、整车降本、供应链受疫情发展剧烈波动是今天全行业共同面临的系统化挑战。车载电源产业的破局之道在于牢牢抓住技术进步这个核心,而不是盲目地与武装到牙齿的全球竞争对手“拼刺刀”。我们的团队以十年磨一剑的精神持续投入对碳化硅驱动技术的基础研究,精准布局了当下电动汽车行业的两个赛道800V高压技术与V2G技术。

今天第三代半导体在新能源汽车领域一共有5个核心应用点:纯电动汽车电驱系统、

DC-DC模块、OBC模块、地面快充系统模块、燃料电池汽车DCF除了涉及动力系统的第一个应用点,欣锐团队在其余四个领域的技术研发与产业化上有持续深度地投入。

 

星空体育(中国)官方网站结缘第三代半导体驱动技术始于2012年与Cree的合作项目。当时我们推出的基碳化硅mosfet驱动+副边同步整流方案在全球率先将DC-DC转换效率由90%提升到96%。在这实践过程中我们积累了宝贵的第三代半导体的驱动技术开发经验,并且对器件核心特性及相关复杂技术参数的工程应用经验有了深刻的认识。多年来,我们将这些经验与国内外半导体企业无私分享,极大推动了碳化硅半导体行业工艺技术与质量控制的进步。

 

基于对器件特性的深度掌控,碳化硅Mosfet优良的耐压与开关特性帮助星空体育(中国)官方网站在2016—2018年之间相继解锁了高压800V技术与双向隔离OBC技术。尤其是2018年全球首款量产上市的隔离型双向OBC,将基于碳化硅MOSFET驱动的图腾柱PFC技术引入车载充电领域,不仅帮助主机厂实现了V2LV2V的充电功能,并在系统中成功“预埋”了面向未来的V2G功能。

该经典架构作为L4系统集成方案的基础,已经成为了我们征战全球市场的基础平台,目前获得了大量传统主机厂、造车新势力、以及海外TOP 6主机厂量产车型的定点。提前十年深耕碳化硅驱动技术,让我们在今天收获了800VV2G两个行业热点赛道的先发优势,更加证明了技术沉淀、工程积累与系统思维的结合才是打造产品差异化优势的核心,也是全行业破局当下困境的不二选择。无效创新,迎合短期利益的消极价格战只会不断吞噬企业乃至整个行业的竞争力。

 

牢牢抓住供应链自主化,应对供应链困境。

车载电源行业当下面临车规级控制芯片及功率半导体器件两个重大危机。我们对此坚持以共克时艰的态度与行业上下游携手合作。一方面我们坚持与国内外第三代半导体企业分享自己十的行业应用经验,尤其鼓励国产半导体企业不断丰富行业应用经验,快速提升研发、工艺与品质控制能力。

另一方面,解决车规级芯片供应链困局的重点在于产品软件平台的模块化,解耦化开发。我们近年已投入大量软件开发资源与国产控制芯片厂商通力合作,将他们的方案嵌入我们L4系统集成方案中来。与整车市场降本思维一样,解决供应链困局依然需要企业牢牢掌控底层核心技术,与供应商专业化协同解决根本问题。而不能消极等待外部环境改变,或者厂商主动降本增效。

 

总结:

十七年的发展历程让我们更加坚信,研发、制造、供应链及企业一切的核心优势都来自于技术力对产品力的驱动,对此星空体育(中国)官方网站在2018年正式提出品牌向上的战略以应对日益严峻的全球化行业竞争。基于年来技术沉淀与丰富的产品经验数据库,我们目前已进入了研发管理、制造平台、管理系统发展全面提速的时代。面对波云诡谲的世界局势、行业环境以及全球防疫形势的动荡与变化,我们坚信只要精准掌控赛道优势,坚定信心,打开格局,就一定能与行业上下游合作伙伴共克时艰,迎来行业美好的未来。


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