隨著汽車智能化和電動化的發(fā)展，汽車內的單車半導體使用量正在大幅增加。據(jù)公開數(shù)據(jù)顯示，目前汽車的單車半導體平均價值在400美元左右，但在汽車完成電動化與智能化后，單車半導體價值量會快速達到2000美元，甚至3000美元以上。這是因為汽車的電動化和智能化，增加了電驅逆變器、車載充電器、DCDC變換器、電池管理系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、智能座艙、以及自動駕駛等電子模塊，每個模塊中都會用到大量的功率、模擬及數(shù)字芯片。

根據(jù)美國半導體行業(yè)協(xié)會（SIA）發(fā)布的報告，2022年全球半導體行業(yè)的銷售額為5735億美元，相比2021年小幅增長3.2%，但其中汽車半導體的銷售額為341億美元，同比增長29.2%，大大高出其他細分領域的增幅。其實，在國內半導體市場表現(xiàn)也差不多，據(jù)納芯微電子CEO王升楊在“納芯微十周年暨2023媒體溝通會”上透露，2021年時，納芯微汽車電子的營收占比還不到10%，2022年則增長到了23.13%。“考慮到我們公司的營收在2022年實現(xiàn)了90%多的增長，這意味著我們汽車電子在過去一年取得了約4倍的營收增長，是我們增速最快的一個賽道。”

圖：納芯微電子CEO王升楊

據(jù)他介紹，納芯微圍繞汽車應用場景，主要布局在兩方面：一是圍繞汽車的電動化趨勢來做產(chǎn)品布局，主要集中在新能源汽車的三電和熱管理領域；二是圍繞汽車的智能化趨勢做產(chǎn)品布局，主要集中在智能座艙、自動駕駛、整車域控、智慧照明等領域。目前，在一輛高端的新能源汽車上，納芯微已經(jīng)量產(chǎn)的產(chǎn)品，大概可以實現(xiàn)超過400元的單車價值量。





“我們還會持續(xù)進行新的產(chǎn)品拓展，及應用拓展，進一步提升我們的單車價值量。”王升楊在分享中表示，預計在2025年前，納芯微可以量產(chǎn)的產(chǎn)品單車價值量能突破2000元。

那么，納芯微的汽車產(chǎn)品解決方案主要有哪些？未來會如何布局呢？在隨后的汽車電子主題分享中，納芯微產(chǎn)品線總監(jiān)張方文與納芯微產(chǎn)品線市場總監(jiān)葉健分別就納芯微新能源汽車動力總成解決方案和熱管理系統(tǒng)解決方案做了詳細的解說。

動力總成解決方案
在張方文看來，汽車的電動化讓汽車增加了很多新的電子模塊，比如說車載充電機（OBC）、電控、電動壓縮機等等。而且新能源汽車的整個動力總成在往多合一的方向發(fā)展，“早期都是一個個獨立的系統(tǒng)，比如電機和減速機是一個供應商，電控是一個供應商，但現(xiàn)在市場主流已經(jīng)變成了三合一的方案，他們將電機、電機控制器和減速器集成在了一起。而OBC與DCDC也逐漸被廠商集成在了一起，然后就有的廠商做出了六合一，甚至八合一的產(chǎn)品解決方案。”

圖：納芯微產(chǎn)品線總監(jiān)張方文

至于未來的發(fā)展趨勢，據(jù)他觀察，首先是集成化。汽車廠商可能會將整個動力總成與電池包集成在一起，形成智能化的底盤，甚至把底盤控制都集成在一起，這種解決方案被稱為“滑板”。據(jù)說，這種解決方案已經(jīng)開始在一些商用車上面，尤其是卡車類電動汽車上開始做商業(yè)化了。這么做的好處，一是可以最大限度減少體積；二是在安全性方面，因為減少了走線，整車的安全性也更高；三是降低了成本，因為它減少了被動器件、濾波器、保護器件，以及線束等的使用；四是可以降低整車的重量，增大續(xù)航里程。

其次是功率密度持續(xù)的提升，針對每一個零部件，大家都在想辦法提高功率密度，而提高功率密度的核心還是要把體積做小，這樣才有利于做集成。目前的一個趨勢就是很多電動汽車的電壓平臺開始從400V往800V轉換，海外的高端乘用車基本都在走800V路線，國內的小鵬、比亞迪等發(fā)布了800V的車型和充電樁。未來不光是新能源車，充電樁系統(tǒng)也會發(fā)生非常大的變化，現(xiàn)在歐洲的充電樁的標準基本都切換了，充電電壓要支持到1000V。國內現(xiàn)在還沒有這種強制的標準，但是如果現(xiàn)在再去做新的充電樁，還是只做到400V的充電，那就意味著未來有些車型支持不了充電，對于這些充電樁廠商的運營會帶來非常大的麻煩，因此，張方文認為，未來充電樁會很快切換到800V的平臺。

還有就是第三代半導體的采用，在張方文看來，到了800V平臺之后，IGBT和SiC的價格差異會大大減少，加上整車效率的提升，SiC器件將會帶來一定的經(jīng)濟效益。

此外，汽車上增加的電機越來越多，早期只有一個主驅電機，如今很多的主流車型都配有雙電機驅動，甚至在一些高端車型中出現(xiàn)了四電機驅動版本。“這個趨勢會從高端往中端車型、甚至一些低端車型上面去發(fā)展，并且電機的增加不一定意味著整個成本增加很多。原來一個電機驅動，如果要達到同樣的驅動功率的話，電機的體積是要做的比較大。用多電機驅動時，可以電機小型化，因為動力可以疊加，電機小型化更利于整體的布局。所以可以從整車結構的角度去節(jié)約成本。另外，多電機控制的話，比如某些車型展示的原地掉頭，必須是獨立電機控制的，甚至包括水陸兩棲、水上漂的功能，也是要通過這種技術去實現(xiàn)的。”他指出。

談到納芯微的產(chǎn)品和解決方案時，張方文從汽車OBC/DCDC解決方案、車載主驅解決方案、電池管理系統(tǒng)解決方案幾個方面進行了闡述。在汽車OBC/DCDC解決方案內，納芯微的產(chǎn)品布局涵蓋了前端的信號感知，包括電流檢測、通用信號鏈的運放，參考、復位芯片，以及后端通用的電流、電壓的傳感器；還有信號鏈相關的產(chǎn)品，比如數(shù)字隔離器、對外的CAN/LIN接口、通用的運放、比較器，以及 PWM buffer等；第三類是電源管理相關產(chǎn)品，本身這上面所有芯片都需要供電，所以會有這種通用的電源管理，以及路徑保護，高低邊的開關；最后，新能源車充電槍內會有一個電子鎖，會應用到電機驅動的芯片等等。



在車載主驅解決方案方面，從信號感知角度，該系統(tǒng)會用到很多的傳感器，因為它會涉及到非常大的 峰值電流，基本上會超過1000安，所以早期可能會用一些大的電流模塊去實現(xiàn)，現(xiàn)在有很多公司都在嘗試芯片級的解決方案，怎么樣用芯片的方式去取代傳統(tǒng)的大模塊，原來這個模塊大概要100元，一臺車里面一個電機大約需要三個模塊，也就是說，這個模塊的價值量有300多元。“我們用一些芯片的方式去替代，不光能給客戶降低成本，同時還會大大減少整車控制器的體積。”張方文表示。

另外，在做電機驅動的時候，不能光是驅動它，還要知道驅動汽車是在往前走，是不是按照我們想要的方式往前走，所以需要用到電機位置的檢測，也就是旋變。張方文表示，關于電機位置檢測，納芯微也提供相關的方案。



除此之外，汽車內的溫濕度檢測、隔離器件等納芯微也能提供相關產(chǎn)品。

最后在電池管理方面，納芯微與行業(yè)頭部Tier 1企業(yè)展開了相關的合作，芯片布局方面與 主驅電機解決方案比較類似，值得一提的是，電池管理系統(tǒng)需要額外的絕緣檢測需求，納芯微創(chuàng)新地使用了電容隔離的技術，取代了原來的光隔離技術。



熱管理系統(tǒng)解決方案
新能源汽車與傳統(tǒng)汽車很大的不同在于新能源汽車的熱管理，傳統(tǒng)汽車的熱管理比較簡單，就是利用發(fā)動機。發(fā)動機運作后會發(fā)熱，通過制冷液把發(fā)動機制冷，而發(fā)動機剩余的一些熱量在冬天就可以變成車內空調里面吹出來的熱風。可以說，傳統(tǒng)車基本上是靠發(fā)動機帶動風扇、電子節(jié)溫器這些部件去進行整車的熱管理。

圖：納芯微產(chǎn)品線市場總監(jiān)葉健

新能源汽車的熱管理就復雜得多。首先，新能源汽車有一個比較大的部件，就是電池。在北方，冬天的時候，新能源汽車的可用里程數(shù)會急劇下降，一個原因就是電池在低溫條件下，發(fā)揮不了它的最大的能效比。在低溫的狀態(tài)下，新能源汽車原來400公里的里程，可能只能發(fā)揮到200多公里。

在電池充電時，特別是現(xiàn)在這種快充電的時候，電池會急劇發(fā)熱，這種情況下會有熱失控的風險，因此，新能源汽車的整車熱管理，首先要解決的就是電池的制冷和電池的加熱。

第二，與傳統(tǒng)的發(fā)動機不一樣之處，新能源汽車基本上都是用電驅、大的電機來做，這些大電機里面有很多的永磁材料，這些永磁材料如果是一直使用在高溫的情況下，它的壽命會縮短，也可能會發(fā)生退磁的情況。

所以對于電池的主驅電機，都會使用一些冷媒去給它進行降溫。新一代的汽車降溫有些都不是普通的水冷，而會用油冷這樣一些新的方式進行降溫。此外，主驅電機在運行過程中它也是需要去制冷的。



新能源汽車上有OBC，特別是現(xiàn)在的快充應用場合，因為所有的線束上都會走大幾十安培的電流，這些電流經(jīng)過導線，都會產(chǎn)生一部分的壓降，然后也會在導線上引起一些發(fā)熱。整個的 OBC系統(tǒng)里面是有電力電子的，像這種大的IGBT或者碳化硅器件，在這里面進行開關作用，本身這些動態(tài)損耗和包括靜態(tài)損耗都會帶來一部分的發(fā)熱，所以OBC在汽車里也需要進行制冷。

最后就是座艙里面的空調，原來在傳統(tǒng)的汽車上，發(fā)動機帶動空壓機來進行制冷；電動汽車則是用電池來進行制冷，所以它會有電子空壓機的需求。

實際上熱管理系統(tǒng)在新能源汽車上有很多部件組成，主要分布在新能源汽車的底盤上。一般的情況下，在揮發(fā)器的地方會有兩個風扇，相當于通過風扇來進行風洞的熱交換，還會有很多水冷和油冷的系統(tǒng)，所以新能源汽車在電池、主驅電機、以及OBC里面，都會有一些液體的管子、管道，把這些制冷液或者是這樣的一些水冷的液體，流進制冷制熱的部件，這里就需要水泵和水閥去控制液體的流動。如果發(fā)現(xiàn)了一些局部發(fā)熱的地方和一些局部需要去制冷的地方，需要去進行熱交換，廠商會在里面安裝一個比較智能的水閥去控制水流，而熱的流和冷的流需要實現(xiàn)最高熱交換的效率，去進行對流，由此就應運而生了熱管理里面大量的閥門，包括膨脹閥、球閥。

另外，在智能座艙里面也會有一個完整的空調系統(tǒng)，比如說對著人、還是對著腳，或者是對著其他地方吹風，它在里面有大量的一些百葉、電機這樣的控制器，實際上這也是屬于熱管理的一部分。

圖：納芯微展示的汽車空調出風口風門調節(jié)系統(tǒng)解決方案

一般來說，傳統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)在汽車底盤上會由很多的水泵、水閥、鼓風機、PTC、空壓機組成，它的一個個部件分布在汽車底盤各個地方，所以我們把它稱之為分布式的熱管理系統(tǒng)。

而新一代的熱管理系統(tǒng)，會把水泵和水閥這些部件集成在一起，好處在于：一方面，熱管理整個熱交換的效率會提高；另一方面，從成本的角度來講，集成后，整個在底盤上的安裝成本下降了，另外它的部件所用的用量，就是換算成銅和鐵的這種用量，實際上也下來了。因此，既提高了效率，也節(jié)省體積，這就是為什么很多廠家都在研究，從一個分布式的熱管理系統(tǒng)變成集成式的熱管理系統(tǒng)應用，由此，電子部件也會發(fā)生一些改變。



在葉健看來，當前分布式熱管理系統(tǒng)架構在國內還比較主流，在暖通空調控制模塊上會有很多的高邊、低邊驅動，用于控制直流電機、電磁閥開關，比如說空調系統(tǒng)里面的各種風向轉換這類應用里的直流電機。

另外，總控的控制器會通過LIN或CAN總線，跟各個不同的水泵和水閥進行控制。比如說這個水閥是控制電池上面的水流流進，另一個水泵是控制主驅電機制冷液，最終用一個大腦去協(xié)調各個不同的軀干，各個不同的軀干其實就是由各種水閥和吹風機所組成的，在這里面就產(chǎn)生了大量的無刷直流電機的控制器需求。傳統(tǒng)的無刷直流電機控制器在本地會有一塊小的控制板，新一代的集成式的控制就在總控板上實現(xiàn)，這是風扇的無刷直流電機控制板。一般情況下，標配是三個膨脹閥，還會有一個四通閥或者八通閥的球閥，在這個里面也會有一些閥門的控制器。此外，風扇、百葉的控制器會在熱管理的系統(tǒng)里面會應運而生，還有就有兩個大的系統(tǒng)：汽車的空壓機，以及PTC控制器。

所有管道里面的水壓實際上是需要被監(jiān)控起來的，新一代的熱管理系統(tǒng)，對水壓的監(jiān)控，是既監(jiān)控水壓也監(jiān)控水溫，所以會用到壓力加溫度的二合一傳感器，這些傳感器連進它的主控板，還會有一些信號調理的電路。



談到納芯微的機會，葉健以高壓PTC舉例說，這里面就會用到很多的模擬器件，比如PTC內有12V電池供電的線纜，也有高壓800V或者400V供電的線纜，這就是說內部存在高壓側和低壓側。在高壓側和低壓側之間，需要有很多的隔離芯片來做信號的隔離，因為基本上CAN總線是掛在汽車的總線上，所以 CAN總線和它在高壓側的 DSP之間是需要隔離芯片的。另外，所有的PTC都會需要IGBT來驅動，這就帶來了很多驅動芯片的需求。此外，隔離的電源供電還是從12V的電源來的，需要跨到高壓側，所以會有隔離電源的flyback的需求，包括電源管理等芯片的需求。

空壓機和PTC用到的芯片方案比較類似，同時，空壓機還會有面向電流傳感器的需求，比如說溫度的傳感器用于監(jiān)控IGBT的功率管是否過溫，這個系統(tǒng)里面納芯微的布局也是非常全面的。



此外，葉健還介紹了電子膨脹閥解決方案。將電子膨脹閥拆開可以發(fā)現(xiàn)，里面有一個小的步進電機去驅動齒輪傳動，實際上它是控制水閥的閥門轉動的夾角，控制閥門兩端的水流量，以及控制控制兩端的壓力，最終需要去負反饋，知道夾角到底是多少，然后去通過步進電機來控制。一般的情況下，水閥是一個很小的物件，但它需要去控制一個步進電機，假如用分立的元器件來做，有8個MOS管，再加上CAN總線的分立芯片，再加上一個小的處理器，以及還有一個12伏轉5伏的電源，如果是按這樣的架構來設計的話，一塊PCB是根本擺不下的。

葉健表示，納芯微看到了這個需求，他們將MOS管、LIN總線的物理層的轉換器全部集成在了一起，變成了一個小的全集成SoC芯片，這樣就解決了客戶的需求。他同時表示，納芯微還提供角度傳感器來監(jiān)控膨脹閥旋轉的角度。“與其他友商相比，納芯微走出了一條不一樣的道路。因為我們是這些汽車芯片廠商里面把驅動、傳感器、隔離都做全面覆蓋的一家公司。比如我們也開發(fā)了壓力加溫度的壓力傳感器, 我們開發(fā)了ASIC，基本上就是一塊芯片能把一個壓力傳感器里面所需要去應對傳感器所有的信號調理，加上信號處理，加上通訊的這一部分做成三合一的、高集成的芯片來做的單顆壓力傳感器。”他總結道。

結語
對于納芯微單車模擬芯片價值量超過2000元，甚至達到3000元的目標，納芯微電子CTO盛云自信滿滿，“納芯微的產(chǎn)品分成傳感器，信號鏈，電源管理三大方向，目前汽車內這三個方向我們雖然已經(jīng)做進去了不少產(chǎn)品，但是還有大量的新產(chǎn)品正在布局。以傳感器為例，我們現(xiàn)在有做一些電流傳感器、測量方向盤轉角角度的角度傳感器、用于安全氣囊的壓力傳感器，以及和大陸集團合作的輪速傳感器等；在信號鏈方向，我們在車內的一些通用的信號鏈、運放等產(chǎn)品，也在進一步豐富產(chǎn)品型號；在信號鏈方向，我們其實也看到了SoC的機會，比如說我們不久前發(fā)布的一個集成MCU和馬達驅動的專用的SoC芯片；電源管理方面，我們也看到了像 BMS，包括傳統(tǒng)的12V蓄電池的BMS帶來的一些新機會。“

圖：納芯微電子CTO盛云

另外，他還談到了在驅動方面，隨著汽車安全要求進一步提升后，電機驅動需要具備功能安全的特性，因此，納芯微也在開發(fā)具有ASIL-D功能安全的電機驅動產(chǎn)品；而電源類產(chǎn)品，不管是通用的汽車類電源，還是高邊開關、低邊開關、e-Fuse等，在汽車中的使用數(shù)量都相當多。以高邊開關為例，可能未來單車的數(shù)量就可以達到100-200個通道。因此，盛云認為，在這樣的市場機會下，未來納芯微的單車模擬芯片價值能夠做到2000-3000元肯定是沒有問題的。

圖：納芯微電子COO王一峰

至于年初以來，汽車市場的降價影響，納芯微電子COO王一峰表達了自己的看法，確實今年汽車行業(yè)由于整車在降價，傳導到零部件領域，確實也都有非常高的降本訴求。實際上納芯微銷售端也會將客戶的降本訴求去跟公司各個層面?zhèn)鬟f，并且納芯微已經(jīng)開始采取行動，比如說從設計和供應鏈管理層面上會進行一些成本控制。

他同時強調，除了價格因素之外，納芯微希望向客戶提供價格以外的價值。比如客戶方案采用了納芯微的一些器件之后，是不是整體變得更加高效了？比如其服務、整體質量的表現(xiàn)，超過一億顆汽車芯片的出貨能力是不是比很多公司更具有競爭力？“所以我們更多的希望在這些地方來影響客戶，因為汽車領域的客戶一旦回歸到不缺貨的邏輯下，他一定還是會把質量、整個管理體系等因素放在一個非常重要的角度考慮，并不會去單純地去考慮價格因素。”