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从ADI的产品布局,看汽车市场增长点

发布日期:2020-06-16

GRCC汽车电子电气架构创新发展论坛

2020-06-16 22:11:29

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在我们聊到自动驾驶、电动车、智能网联车这些关键话题的时候,能探讨的相关电子科技涉及的范畴还是相当之广的,比如说图像识别AI芯片、汽车周身搭载的各种传感器、基于内燃机的动力总成往电气化驱动系统发展、人机智能化交互方式的变化等等。

(2)在电气化的市场部分,前文已经提到电气化的过程,最基础的就是从基于内燃机的动力总成往电气化驱动系统发展,另外各种控制系统也会往电气化方向发展。前者在我们先前谈日本电产的马达产品就已经提到过[4],即发动机驱动系统会过渡到由电机驱动的系统。“现在整体新能源车在车底会有一个个新系统,也就是我们提到的电池管理和动力电池系统。”王星炜表示。


高压电池的直流电需要转为交流电,这就需要电机控制器去控制这个转换过程。这里的电机控制器“需要有电源,需要有通信收发器,通信收发器也要考虑相应的隔离技术,高压电池不做隔离会引发危险;直流电转成高压交流电,需要应用高压的功率器件,如IGBT、SiC MOSFET技术——碳化硅MOSFET有个问题,它需要高压大功率驱动信号,MCU信号是弱电,它没法给出那么高压的驱动力。”

“这里隔离的门驱芯片,我们叫gate driver & isolation芯片,也是ADI电气化中非常重要的技术。”“BMS(电池管理系统)芯片有隔离的通信芯片和驱动芯片,也有电机位置传感器芯片。”电机位置传感器方案也是ADI涉足的领域,“就是旋转变压器方案。也会有相应的电流传感、电压传感和供电方案,做这样一个高压电气化驱动架构。”

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此外,汽车的电气化必然涉及到电池管理,这也是ADI涉足业务中比较重要的一部分。电池管理也是王星炜在直播中介绍的重点:“某个品牌电动汽车使用圆柱形的锂电池18650,总共有7000颗圆柱形电池。”“民用领域的锂电池和车用的不同就体现在,如果有7000颗这么多,电池管理就会很有挑战性。”

“除了圆柱型的电池外,还有另外两种,软包电芯以及方形电芯。”“每个电芯都需要做监控,多个电芯组成一个电池组也需要做监控。”“电池管理都是通过电芯的电压来管理,通过电芯电压知道有多少电量,这就需要准确地测量电芯的电压,转换成电量信息。”

“电池又会有不同的材料,不同材料有不同的放电曲线。比如磷酸铁铝的曲线就非常平。对非常平缓的曲线,每1mV对应的电池电量百分比就很关键。测量精度一旦有误差,测量出来的电量就会有很大的安全余量,电池可用的电量就变小了。”王星炜说,“用高精度的测量技术,就能使可用的电量最大化,也就有了更多的续航里程。”

ADI在电池管理系统的产品覆盖上,包含从**800V到48V的弱混系统,据说是“行业最全的产品家族”用来覆盖各种使用场景。“电池管理中,400V的电池由接近96节或者100节的电芯在里面做串联。相应的ADI技术就可以提供12通道、15通道,或者18通道的产品去应对不同需求,并通过双绞隔离菊花链的架构去做相应的隔离通信。然后再把电芯的电压和温度信息给到电池管理的主控芯片。”

在BMS系统部分,还有一点值得一提的是不同的BMS通信架构支持,主要有有线与无线两种。有线BMS即每个电芯模板上都有一个采样板,采样板之间通过隔离的双绞线连接(isoSPI),形成环形有线拓扑;而在发展中的无线BMS,则在模块间不再借由有线通讯。

无线BMS,是在“电池生产的时候,与无线管理系统做绑定,有点像电池的身份证。它在生产时就跟着电池。”后续在电池仓储、运输、投入使用的整个生命周期,都可对其进行持续监控。通过这种无线身份证,就能了解电池电量衰减到何种程度,也就可以进行残值评估;甚至如果电池已经不再适合车用,则仍可进行二次利用,如数据中心的备用电源。这也是ADI在发展的一个方向。

(3)最后一部分就是自动驾驶相关了。ADI在这个类别中的主要部署也集中在传感器及配套解决方案上。王星炜主要介绍的包括成像雷达方案、LIDAR激光雷达,以及惯导MEMS方案。

这看起来是业界比较常规的思路。成像雷达是指多个毫米波雷达级联在一起,作为一个单元同步运行,特性通常是具备较高的角分辨率。“传统24GHz/77GHz双方案,原来分离式的方案,主流的芯片工艺是GaAs;现在的发展方向,通过SiGe技术来降低成本,增强集成度特性。SiGe也能更好地与传统硅工艺技术做整合,有更多的数字电路能够集成到这样的芯片上。”

“未来发展方向,77GHz或79GHz更高频率,会基于硅来做相应技术。用硅来做高频射频芯片会有更高的集成度。”王星炜表示,“ADI的雷达技术非常适合做成像雷达,不仅可以探测障碍物,还能区分多个障碍物间的距离。”

而在LIDAR激光雷达部分,在远距离上,如今常见固态扫描解决方案,所谓的固态即没有传统旋转部件,完全通过半导体方案制造不同的探测角度。这对于面对抵抗震动等环境的稳定性会更好。而在中短距离上,ADI也提供ToF摄像头技术。ToF在车内和车外如今都有相应的应用场景,大约在中短距离的确会成为越来越普遍的解决方案,似乎也会成为ADI的重点开发项目。

最后是ADI部署的惯导MEMS方案,这类方案应用于GPS信号不佳,比如隧道这种可能长时间没有GPS信号的场景,惯性导航此时作为补充用于描摹行驶轨迹。王星炜表示ADI惯性导航相关芯片基于民航飞行器中的经验,是从民航过渡到汽车应用方案,“和传统与手机消费市场到汽车应用的方案不同,可靠度和精度都会更高。”

以上就大略将ADI在汽车应用市场的产品布局做了陈述,也可理解ADI这类厂商在汽车市场上的参与度和扮演的角色,以及了解这一市场层级更具体的发展趋势。在德勤统计数据得到的几大市场规模增长最快的领域发力,在市场方向上实际上是比较主流的,覆盖的应用场景实际也正在面对越来越激烈的竞争。未来这几个应用方向,也会成为我们观察汽车市场的重点,并更深入地理解在具体实施方案上的技术差异。

参考来源

[1] 2019 ANNUAL REPORT – Analog Devices, Inc.

(https://www.analog.com/en/about-adi/landing-pages/001/~/media/analog/en/about-adi/corporate/2019-annual-report.pdf)

[2]FY2020 Q1 Quaterly Report – Analog Devices, Inc.

(https://investor.analog.com/static-files/ab93e945-8cab-4dfc-84dd-690c9ad17ad8)

[3] A better design experience. A more dynamic automotive experience. ADI's A2B® technology delivers both. - Analog Devices, Inc.

(https://www.analog.com/en/landing-pages/001/a2b.html)

[4] 马达帝国的一次转舵:从机械硬盘马达,向车载马达进发 – EE Times China

(https://www.eet-china.com/news/201911201624.html)

作者:黄烨锋 | 责编:Yvonne Geng | 时间:2020-04-01 | 来源:EET 电子工程专辑





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