電動車
是德測試方案助BMW打造汽車電池核心技術
是德科技(Keysight Technologies)是推動全球企業、服務供應商和政府機構網路連接與安全創新的技術領導廠商,該公司日前宣布旗下的 Scienlab Electronic Systems 與寶馬集團(BMW Group)共同合作,建立可因應未來電動車需求的電池技術中心。是德科技近期收購了Scienlab Electronic Systems。
BMW近日公布該集團已於德國慕尼黑投資打造未來汽車電池核心技術中心。在此投資計畫中,BMW集團選擇使用是德科技的Scienlab電池測試系統來提升其測試實驗室的配備。除了提供電池測試系統外,是德科技還提供從實驗室規劃到實驗室管理工具的各項服務,以協助汽車製造商實現更有效的工作流程管理和運作。
是德科技Scienlab業務部經理Michael Schugt 博士表示,是德科技與BMW集團已建立長達12年的合作關係,共同在具建設性且鼓舞人心的環境中工作。很自豪能夠參與此創新計劃,並非常感謝BMW對是德科技專業能力的信賴。
千瓦應用需求有增無減 眾廠齊推GaN功率元件
隨著科技演進,如何提升能源使用效率是業界共同的挑戰。其中,無論是在消費電子、工業自動化或是雲端運算帶來的伺服器,各個領域都在追求更高的功率密度,以達到逐漸提升的電力要求。
氮化鎵(GaN)功率元件能夠使電子傳導更有效率,也能縮小元件體積,因此未來全球GaN功率元件市場將持續成長(圖1)。儘管目前功率元件依然以矽MOSFET為主流,但已有許多廠商陸續推出氮化鎵材料元件,以做到更高的切換頻率與更小晶片尺寸。
圖1 全球GaN元件市場價值
資料來源:Coherent Market Insights
電動車/伺服器率先導入GaN元件
日前於2018年慕尼黑電子展(Electronica Trade Show)上,氮化鎵半導體技術廠商Exagan發布了GaN高功率轉換解決方案。該公司也指出,伺服器與電動車將成為率先導入的兩大應用領域。
Exagan致力於氮化鎵半導體技術創新,在2018年慕尼黑電子展會上,該公司更展示了其針對千瓦級應用的G-FET和G-DRIVE兩大產品線,提供高效能、極低耗損的電能轉換,且具有增強功率的快速開關元件,適用於汽車與伺服器應用。此二最新發布的新型GaN產品解決方案,展示了Exagan的200-mm CMOS製程技術,同時也顯示出Exagan對GaN技術的充分掌握。
根據研究單位IDC的數據顯示,2018年第一季全球伺服器出貨量,相較於2017年同期成長了20.7%至270萬台。快速成長的伺服器市場電源,也將成為首批導入Exagan GaN解決方案的電源應用。
汽車電子也是另一項GaN電源轉換解決方案的重要應用。在2018年慕尼黑電子展會上,Exagan總裁兼首席執行官Frédéric Dupont表示,GaN小巧輕便與具成本效益的特性,使得該解決方案相當適合應用於電動車之中。
該公司的G-FET和G-DRIVE產品線將提供市場更為全面的GaN解決方案組合,Dupont進一步指出,該公司亦於近期在法國與台灣設立了應用中心,致力於與客戶能有更緊密的合作,進而滿足新興的電源轉換需求。
英飛凌GaN HEMT/驅動器進入量產
在2018年慕尼黑電子展會上,英飛凌科技(Infineon Technologies)也發布了氮化鎵解決方案--CoolGaN 600V增強型HEMT和氮化鎵驅動IC EiceDRIVER。
新款CoolGaN 600V增強型HEMT採用可靠的常閉概念,已優化實現快速開通和關斷。它們可在開關式電源(SMPS)中實現高能源效率和高功率密度,其優值係數(FOM)在目前市面上所有600V元件中首屈一指。
CoolGaN擁有高可靠性,品管過程不僅對元件本身,還針對其在應用環境中的性能進行全面測試,以確保CoolGaN開關滿足品質標準。
另一方面,EiceDRIVER驅動IC則是CoolGaN增強型HEMT的完美搭檔,專為確保CoolGaN開關實現強固且高效的運作所設計,同時大幅減少工程師研發工作量,加快產品上市時程。
功率密度要求持續提升 GaN新品實現千瓦應用
為滿足千瓦以上應用需求,德州儀器(TI)亦於日前推出GaN FET產品系列。德州儀器類比IC應用經理蕭進皇(圖2)表示,GaN元件能操作的切換頻率相對於MOSFET更高,在提升切換頻率後,包含電容等整體晶片體積都將縮小;相比之下,GaN元件設計重量只有MOSFET元件的六分之一。如此一來,不但能達成節省能源、降低成本,在晶片體積縮小之後,亦能擴大放置其他元件的空間。
圖2 德州儀器類比IC應用經理蕭進皇表示,GaN元件能操作的切換頻率相對於MOSFET更高,在提升切換頻率後,包含電容等整體晶片體積都將縮小。
為因應此趨勢,德州儀器日前推出新型600V GaN、50mΩ和70mΩ功率級產品組合,能支援高達10kW應用。與應用於AC-DC電源供應器、機器人、可再生能源、電網基礎設施、通訊和個人電子的場效應電晶體(FETs)相比,該產品系列能協助工程師打造更小、更高效且更高性能的設計。
蕭進皇進一步說明,目前MOSFET元件皆需要再外掛驅動控制,然而該產品將驅動控制納入同一個封裝之中,如此一來便能降低電子電路設計難度,縮短設計者的開發時間。
在未來,持續提升功率密度將是電源設計的主流趨勢。另一方面,將主動和被動零組件整合於電力系統之中,也能更可靠地實現縮小尺寸的目標。GaN元件能夠應用在個人消費電子、工業馬達驅動、電網基礎設施等不同功率等級的應用之中,功率應用範圍從瓦橫跨到千瓦等級。
德州儀器的GaN FET產品系列擁有整合獨特的功能與保護特性,不僅簡化設計,同時實現更高的系統可靠度與最佳化高壓電源供應的性能,進一步為傳統串接(Cascade)和獨立(Stand-Alone)的GaN FET提供了智慧替代解決方案。透過整合的<100ns電流限制和過熱偵測(Overtemperature Detection)功能,此裝置可防止意外的直通事件(Shoot-Through)與熱失控 (Thermal Runaway)發生,且系統介面訊號提供了自我監測的能力。
然而,由於GaN元件相對成本依然較高,因此蕭進皇進一步指出,在短時間內該公司的GaN相關產品會以滿足高效能的需求為主要目標市場;低成本的設計便不是最適合GaN元件的應用範疇。
GaN助力 磁共振充電功率/距離再提升
GaN元件不僅是在高功率應用領域能有所發揮,更能在無線充電領域大顯身手。由於GaN功率元件具備高開關速度、切換損失等性能優勢,持續為電力電子應用打開更多可能性。其中,基於氮化鎵技術的磁共振(Magnetic Resonance, MR)無線充電,將能使得50W以上無線充電功能更快實現。
交通大學電機工程學系系主任陳科宏(圖3)表示,由於氮化鎵功率元件能夠達到非常快的開關速度,因此也能近一步縮小零組件尺寸與整體體積。氮化鎵材料在中功率至高功率的電源相關應用上皆有很好的效果,在未來10年,氮化鎵功率元件的興起將改變消費者的電子產品使用行為,也將影響相關供應鏈的廠商生態。
圖3 交通大學電機工程學系系主任陳科宏表示,在未來10年氮化鎵功率元件將改變消費者的電子產品使用行為。
陳科宏表示,若無線充電功率要提升至50W以上,基於GaN的磁共振便是目前最佳的解決方案。由AirFuel主導的磁共振無線充電技術,相對於磁感應技術能夠提供更高功率電力,並且能夠同時為多台設備供電。儘管目前依然少見導入磁共振無線充電技術的商用產品,然而該技術依然持續有所進展。
基於GaN的共振式無線充電傳輸系統發射端能夠一次發出70W電力,已能夠滿足筆記型電腦的充電需求;而手機大約能夠接收10W~15W電力,因此,最遠傳輸距離可達30公分,若在5公分距離之內則可以達到快速充電標準。
陳科宏進一步說明,未來基於GaN的共振式無線充電傳輸系統也將會持續提升充電效率、拉長充電距離,並且擴充應用範圍;更將持續以提升方便性以及縮小元件體積為主要的未來演進方向。
另一方面,GaN功率元件不只能使用在共振式無線充電設備,隨著氮化鎵的應用研究增加,成本也正在逐漸壓低,預計在2020年就能看到大量產品開始使用氮化鎵材料。
收購/新品發布 英飛凌強力布局SiC/GaN市場
因應節能減碳風潮,寬能隙半導體如氮化鎵(GaN)、碳化矽(SiC)等需求逐漸上揚,商機也跟著加速成長。為搶占市場先機,電源晶片供應商英飛凌(Infineon)近日動作頻頻,不僅收購位於德國德勒斯登的新創公司Siltectra,獲得其創新冷切割技術(Cold Split)以處理SiC晶圓外,也於2018年德國慕尼黑電子展宣布旗下GaN全新解決方案「CoolGaN 600V增強型HEMT與GaN EiceDRIVER閘極驅動IC」進入量產。
英飛凌執行長Reinhard Ploss表示,收購Siltectra將有利於擴展該公司旗下的SiC產品組合,Cold Split技術有助於我們以更多的SiC晶圓量產SiC產品,進一步擴展在再生能源,以及推動SiC在電動車傳動系統的使用率。
據悉,Siltectra成立於2010年,相較於一般切割技術,此新創公司開發的分割結晶材料技術對於材料的耗損極低;而此技術也能應用於半導體材料SiC,SiC的需求預計將在未來幾年內迅速成長。
目前SiC產品已應用於效率極高的小型太陽能變頻器,未來SiC在電動車領域的重要性也將日益提高,而英飛凌已準備好將Cold Split技術運用於SiC產品,該技術將有助於確保SiC產品的供應,特別是長期而言;且Cold Split技術可望再往進一步應用,例如晶棒分裂或用於碳化矽以外的材料。
至於在GaN方面,英飛凌近日則於2018年德國慕尼黑電子展上推出全新解決方案「CoolGaN 600 V增強型HEMT和GaN EiceDRIVER IC」,並宣布新品進入量產。新產品具備更高功率密度,可實現更加小巧、輕型的設計,從而降低系統總成本、運營成本以及減少資本支出。
總而言之,在購併新創公司Siltectra後,英飛凌將可透過Cold Split技術有效提升SiC的產能,同時在全新GaN解決方案的推出之後,該公司也成為市場上可提供矽(Si)、SiC和GaN全系列功率產品的電源晶片供應商,市場競爭優勢將有望顯著提升。
德國萊因電動車認證護充電安全
由於世界各國致力於節能環保的趨勢帶動了電動車的發展。台灣也規畫於2030年公務車與公車全面電動化,2035年將禁售燃油機車,2040年將禁售燃油汽車。日前德國萊因與歐洲在台商務協會LCI、台灣歐洲聯盟中心、台大先進公共運輸研究中心、國家實驗研究院等聯合舉辦台歐電動車前瞻技術與發展趨勢論壇,邀請產官學專家一起探討台灣電動車的產業政策與發展,為台灣產業創造更好的機會。
整個論壇聚焦在二大主題:電動車發展趨勢與未來契機以及電動車產業政策與基礎設施,包含德國艾納康、Gogoro、台達電、台灣中油、德國萊因也分別就電動車的不同議題角度切入,分享案例及產業觀點。
德國萊因在汽車領域的檢測認證服務包含汽機車零組件的型式認證、CPO中古車檢驗、電動及智慧交通、工程諮詢及測試等。由於安全是汽車最重要的零配件,因此整個電動車的服務價值鏈從設計、軟硬體開發、生產到市場進入各階段均需完整的測試評估流程,例如:功能安全,整車EMC測試、充電設施認證、人員高壓安全認證、Automotive SPICE評估等。目前德國萊因是中德電動車充電項目的重要安裝檢測伙伴,也是亞太區首家獲得CBTL認證的充電站實驗室,能為歐洲、美洲、日本和中國等國家及地區提供測試認證服務。近年來,在台灣也有電動汽車及電動機車充換電站的安裝檢測實績,從充電站安規測試到確保充電站的系統性安全、技術人員訓練等都能協助加強充電安全。
2018~2023年無線充電接收器累計出貨達60億個
無線充電應用越來越廣泛,根據產業研究機構IHS Markit最新研究指出,預計所有應用、產業和產品領域的無線電力接收器和發射器的年度出貨量將從2017年的4.5億台成長到2023年的22億台。預期2018年至2023年接收器出貨量累計超過60億個,而接收器出貨量則超過27億個。
IHS Markit說明,2017年,近3100萬台支援無線充電的穿戴式設備出貨,預計2023年無線充電醫療設備(消費性)的出貨量將成長至約1300萬台,主要是助聽器市場的發展。就單位出貨量而言,2017年的前三大接收器應用是智慧手機、穿戴式設備(如智慧手錶)和個人護理設備(如電動牙刷)。
在Apple的iPhone 2017年正式導入磁感應(基於Qi)無線充電技術之後,其他無線電源解決方案供應商已經從手機轉移到其他領域,以尋找新的機會。包括穿戴式設備、醫療設備和電動汽車(EV)領域的機會。
IHS Markit認為,2019年,市場預計將推出更廣泛的應用和產品區隔市場。並將採用無耦合解決方案,使用射頻(RF)或紅外線(IR)技術。多頻解決方案適用於可攜式應用,如手機和智慧手錶,預計未來四年內市場占有率將提升。汽車(EV充電)是另一個受到廣泛關注的無線電源解決方案領域。
雙箭齊發 TI全新隔離收發器強化工業/車用通訊保護
為提高工業和車用系統的通訊可靠度和保護功能,德州儀器(TI)近期推出兩款新型隔離控制器網路(CAN)靈活資料速率(FD)收發器「ISO 1042/ISO1042-Q1」,新產品整合更高的匯流排故障保護、更高共模瞬間抑制能力(CMIT),和最低電磁放射,且尺寸縮小了35%並具備更高工作電壓;可提供更好的低壓電路保護,並提高如電網基礎設施、馬達驅動和建築自動化等工業應用,以及混合動力汽車和純電動汽車(HEV/EV)的通訊輸送量。
TI隔離系列市場產品經理Neel Seshan表示,隔離是為了避免系統內兩區域的DC與不需要的AC相遇,且仍然能同時在這兩區域之間實現數據與功率傳輸的一種方式,提升系統設備的穩健性和可靠性,以因應高電壓和惡劣的工作環境。
Seshan進一步說明,隔離保護很少用於個人電子產品當中,因為這類產品電壓不高,但是在工業傳輸、工廠自動化、汽車、電網基礎設施及馬達驅動等領域中,高電壓十分常見,而為了避免儀器設備受到損壞,便需要隔離方式以保護操作人員、處理通訊子系統之間的接地電位差異,以及改善雜訊抑制能力(Noise Immunity),特別是在工業4.0和電動車熱潮興起後,隔離產品的需求更是向上攀升。
新推出的兩款隔離CAN FD收發器特性包括:工作電壓提高18%,達1,000 Vrms,耐受電壓為5,000 Vrms,具備更長的使用壽命,進而有效提升系統可靠度;具備±70V的高匯流排故障保護,對Short-to-DC容許範圍提高20%,可在發生高壓短路時保護12V、24V和48V電池或電源系統;兩款產品共模瞬變抗雜訊抑制能力為最低的85 kV/us,具備+/- 8 kV的高ESD保護,可幫助工程師設計出能夠在嘈雜環境下仍保持正常運作的電子設備;具更低的電磁相容性(EMC)放射,可有效保證系統訊號的完整性;以及支援高達5Mbps的CAN靈活資料速率(FD),迴圈延時短,僅為215 ns,因此與傳統CAN相比,可實現更快的有效負載。
電動/聯網車輛量測挑戰多 儀器商各有法寶搶商機
放眼未來車輛即將面對的轉型,勢必將為汽車電子供應鏈帶來相當程度的變化。其中,不僅是汽車駕駛輔助系統與各類感測設備會帶來更多資訊傳輸的需求,就連動力系統電動化也會為了充電狀態監控、充電樁資訊傳輸等功能,提升通訊需求,儀器廠商無不大舉布局,以滿足市場需求。
另一方面,不僅是汽車內外的通訊將為儀器量測帶來挑戰,為因應動力系統電動化趨勢,儀器商也正布局高功率量測方案,以搶攻商機。
高電壓/精密控制帶來量測挑戰
在精密電子量測領域中,過往只有在特殊領域用電才會有高功率量測需求。然而是德科技(Keysight)資深專案經理蘇千翔(圖1)表示,由於電動車的電力是用以帶動動力,因此對於電力輸出的精準度要求更為嚴苛。
圖1 是德科技資深專案經理蘇千翔表示,由於電動車的電力是用以帶動動力,因此對於電力輸出的精準度要求更為嚴苛。
蘇千翔說明,由於過往的電力量測需求以靜態的用電狀況量測為大宗,然而如今電動車需要以電力轉換為動能,其中的控制必須非常精準;否則,電動車將容易出現加速時爆衝的狀況。不僅如此,還必須要在大電壓的環境下做到精準的控制,這對於量測儀器而言是非常大的挑戰。
然而,多數電子元件沒有辦法在如此高電壓的情況下進行量測,也就是說傳統量測設備本身就沒有辦法負荷汽車電子所須承受的高電壓環境。正因如此,該公司推出了一系列車用方案,針對高電壓控制輸出量測設計特殊的量測儀器。
自放電測試新法 2小時找出電池壞品
正由於車內的特殊環境,使電源/動能系統的量測考量非常多。包含如何緊急救援、氣候環境是否能夠適應等等都是元件模組廠商需要考慮的。其中自放電測試便是重要測試項目之一,而是德科技亦推出了相關解決方案,將過去需要一周才能完成的量測過程縮短至2小時,大大提升生產效率。
在電池相關的量測之中,除了充放電的測試之外,電池自放電時間的量測觀察亦非常重要,藉此能分辨電池效能優劣。蘇千翔強調,由於目前依然有相當多傳統車廠持續沿用舊有的電池相關量測方案,但是面對汽車電動化趨勢,未來複雜的電池量測需求肯定會越來越多,因此也會更需要有效率的量測方案。是德科技提供了一量測方法,透過軟體以及量測儀器的進步,以2小時就能完成傳統量測方式需要一周才能完成的測試流程。
模組化儀器為固態電池過渡量測對策
車輛電動化已成必然趨勢,為求更高續航力與行車安全,固態電池的研發已成大勢。然而,在固態電池大舉導入之前,鋰電池在短時間內依然是主流。在此階段,模組化量測儀器將能符合現階段相關製造廠商之需求。
國家儀器(NI)技術行銷經理吳維翰(圖2)指出,自電動車發展初期至今,皆是以使用鋰電池為主;儘管鋰電池技術成熟並具備足夠蓄電量,然而由於其內含電解液的材料特性,當遇到車禍時,電解液燃燒將會釋放大量有毒物質,因此有非常高的安全風險。
圖2 國家儀器技術行銷經理吳維翰指出,鋰電池的價格將隨著採用率提高而逐漸下降,到了2025年,鋰電池的價格預計將達到2010年價格的十分之一。
有鑑於此,固態電池由於其體積小、較安全、充電量大的特性,可能成為未來趨勢。預計在未來3~5年將會出現顯著的進展。不過目前固態電池的製程還未穩定,尚未進入量產階段,且固態電池檢測規範亦尚未落地。
吳維翰指出,鋰電池的價格將隨著採用率提高而逐漸下降,到了2025年時,鋰電池的價格預計將達到2010年價格的十分之一。因此,在固態電池成熟並量產之後,成本也將逐漸降低,進而帶動在電動車領域的滲透率。
然而,在固態電池正式量產之前,相關供應商依然必須滿足目前的鋰電池量測要求,然而面對3~5年後即將面臨的固態電池大趨勢,也必須要開始布局。吳維翰認為,電池的測試項目不外乎結構相關測試(高溫、低溫、震動等測試項目)與電氣相關測試(高速充放電等測試項目),因此,在此新技術研發階段,便相當適合導入模組化量測儀器。模組化儀器之優點在於能靈活應變不斷變動的測試規範,並能依照不同國家的法規要求調整。
優力(UL)技術研發部研發總監王凱魯表示,鋰電池由於其材料特性的原因,將勢必有一定的安全風險,不能將之視為一般元件使用。在未來,除了固態電解液的導入之外,耐高溫的隔離膜或是其他維護電池安全的設計都可能陸續出現。但是大體而言,目前電動車鋰電池的安全規範已相當成熟,未來將會針對失事後採取更多的程序規範。
由於鋰電池起火後的威力不容小覷,至今依然尚未制定完整的消防安全程序規範,但隨著電動車逐漸普及,這勢必將是未來的關鍵趨勢之一。王凱魯進一步提到,在美國已開始針對電動車消防安全進行訓練,其中包含該如何預防電池芯延燒,以及如何保護消防人員自身安全。
車聯網領域台廠商機多
由於台灣許多設備廠、模組廠、元件廠、系統廠皆是以網通產品起家,台灣具備扎實的ICT產業基礎是眾所皆知的事情。因此面對未來的車輛轉型,相較於能源相關的零組件而言,在車聯網相關的產品是較有優勢的。是德科技資深行銷專案經理吳哲樂(圖3)指出,目前甚至已經有一些台灣模組廠打進汽車Tier1供應鏈之中。
圖3 是德科技資深行銷專案經理吳哲樂指出,目前已經有一些台灣模組廠打進汽車Tier1供應鏈之中。
吳哲樂進一步說明,對於零組件廠商而言,要打入汽車供應鏈之中非常的困難,一項產品要通過車規驗證也可能會需要將近五年的時間;但是一旦打入其中也將很難被汰換。台灣在通訊方面相當在行,未來在車聯網、V2X領域,將會看到不少台灣的廠商搶下商機。
影音娛樂需求帶動車用Ethernet量測方案
無論是車聯網或是車輛電動化趨勢都大大提升了車內資訊傳輸的需求,尤其是資訊娛樂系統所帶來的資料傳輸量更是呈倍數的提升。時至今日,車內的影音通訊傳輸速度可上看100Mbps,因此將會需要車用乙太網路(Automotive Ethernet)來滿足通訊需求。
吳哲樂指出,在以往,車內的有線通訊以CAN(Controller Area Network)為大宗,但是隨著來自影音娛樂設備的畫質要求越來越高,CAN通訊已不符合需求,因此,在車內影音的通訊上,現已逐漸轉為使用車用乙太網路通訊。車用乙太網路傳輸速度快,布線也相對較為簡單、輕巧,將成為車內影音傳輸的介面主流。是德科技也因看好此需求將成長,因此也祭出了相對應的量測解決方案。
然而,由於車用乙太網路建置成本相對CAN較高,因此,由於在電子控制器(Electronic Control Unit, ECU)與中控台之間的車體控制通訊傳輸量並不大,在未來依然將會以CAN通訊為主。
傳輸需求日漸提升 光纖車內應用即將引爆
不僅是自用車輛,各類交通載具上的資訊娛樂系統傳輸資料皆逐漸提升,因此近來民航客機、火車等較為大型的交通工具皆開始導入光纖,用以滿足乘客的高畫質影音需求。在未來,光纖網路也將逐漸導入至客運巴士中,各類車內的光通訊商機即將引爆。
安立知(Anritsu)業務暨技術支援部門專案經理杜建一(圖4)指出,由於交通工具上資訊娛樂系統產生的資料量以及對畫質的要求越來越高,因此有許多廠商已經開始將民航客機、火車等大眾運輸交通工具上的傳輸介面光纖化。在未來,客運巴士中所使用的傳輸介面將是下一波導入的應用領域。
圖4 安立知業務暨技術支援部門專案經理杜建一指出,有許多廠商已經開始將民航客機、火車等大眾運輸交通工具上的傳輸介面光纖化。
由於自用車體積小,車內資訊傳輸距離不會太長,故較難展現光纖傳輸速度快、資料量大的優勢。因此,目前的應用多是以大型的交通載具為主。更由於光纖系統在車內傳輸的應用普及率較低,若要導入自用車的價格恐將過高。然而,光纖通訊不但具備傳輸速度快的優勢,光纜的重量與成本也皆優於銅線,因此未來電動車依然有望成為光纖通訊的重要應用領域。
不僅是光纜的重量與成本優勢將成為導入電動車通訊介面的重要推力。杜建一也提到,在現今電信機房之中,換用光纜之後的電費開銷將是使用銅纜的十分之一。可以想見,光纜的節能特性也將成為電動車導入的一大誘因。
杜建一說明,近年來由於車聯網趨勢興起,許多在以往只會運用在手機設備、電信機房的通訊技術皆漸漸導入汽車應用之中,光通訊技術便是其中一例。更由於近年來車內的資料傳輸量逐漸增加,因此,對於提供量測解決方案的廠商而言,部門之前的分工已難如以往清楚分割;時至今日,車內引擎量測、電子系統量測,也同樣有許多監測訊號、感測器訊號、管理訊號必須回傳。正因如此,需要整合各類通訊模組在其中,該趨勢也大幅提升了量測儀器的挑戰。
車用電池感測市場看好 亞太區成長最快
隨著全球各國對於節能減碳的要求逐漸提升,無論是電動車或是混合動力車的汽車電池感測器滲透率將逐漸提升。預計到了2025年時,汽車電池感測器市場規模將達到49.2億美元,並以亞太地區為成長最快的區域市場。
根據市場調查機構MarketsandMarkets調查報告指出,由於汽車市場對於節能的重視以及對碳排放量限制逐年皆提高,該趨勢將推動汽車電池感測器的發展。無論是12V、24V、48V車用電力系統都將受到該趨勢的影響。該報告進一步指出,混合動力車在內的總體汽車電池感測器市場,預計將在2018年達到23.5億美元。並且預計,到了2025年時,該市場能達到49.2億美元市場規模,預計複合年增長率將達11.09%。
MarketsandMarkets預測,在未來,12V車用電力系統將會是該市場成長最快的部分。由於對於汽車節能的需求不斷提升,因此目前市場已出現12V鉛酸電池的智慧電池感測器(Intelligent Battery Sensor, IBS)用於監控電池狀態,IBS將蒐集並提供電池的溫度、電壓、電流等訊息,有助於提升車輛的燃油效率,並能優化電力系統與電池效能,進而延長電池壽命。12V鉛酸電池IBS的主要成長區域市場將為墨西哥、印度、中國等發展中國家。
另一方面,若以車種劃分,乘用車(Passenger Car)將是汽車電池感測器的最大市場。由於乘用車數量不斷增加,對於節能汽車的需求也持續成長,再加上日益嚴格的碳排放標準,也推動了汽車電池感測器在乘用車市場的成長。
MarketsandMarket也預測,由於亞太地區的汽車製造商依然在持續擴增產能,以滿足高階車款與節能汽車的需求。同時,中國與印度也逐漸提升汽車廢氣排放標準,也由於中國與日本地區對於輕型商用車(Commercial Vehicles)的需求成長。以上趨勢將推動該區域市場汽車電池感測器的發展,使亞太地區將成為汽車電池感測器成長最快的區域市場。
Nissan LEAF電動汽車採用Maxim電池監測IC
Maxim Integrated Products宣布其單晶片ASIL D級電池監測IC被最新的下一代零排放電動汽車Nissan LEAF採用。該IC滿足最高的安全標準並提供全面的診斷,進而實現可靠通循並大幅降低隔離材料清單(BOM)的成本。
Maxim的電池監測IC支持最高的安全標準,符合ISO26262和ASIL D的要求(也適用於ASIL C)。元件的差分通用非同步接收器/發送器(UART)採用電容隔離,降低了BOM成本和失效率(FIT)。靈活的UART支援雜訊環境下的可靠通訊。
透過採用Maxim獨有的菊鏈架構和逐次逼近寄存器(SAR)類比數位轉換器(ADC),該電池監測IC能夠實現快速、高精度的電壓測量,以及提供較高的電磁相容(EMC)性能。Maxim的電池監測IC還提供全面的診斷功能,滿足大電流注入(BCI)要求,旨在提高未來汽車的安全性和智慧性。
Maxim汽車產品事業部副總裁兼總經理Randall Wollschlager表示,Maxim非常重視汽車產品的研發,該公司的電池管理系統收到了許多汽車製造商的高度評價。Wollschlager亦指出,Maxim的電池監測IC被Nissan LEAF電動汽車採用是該公司持續推動汽車業務發展的重要一步。
固態電池導入電動車再等5年 模組化儀器為量測對策
車輛電動化已成必然趨勢,為求更高續航力與行車安全,固態電池的研發已成大勢。然而,在固態電池大舉導入之前,其電池在短時間內依然是主流。在此階段,模組化量測儀器將能符合現階段相關製造廠商之需求。
國家儀器(NI)技術行銷經理吳維翰指出,自電動車發展初期至今,皆是以使用鋰電池為主;儘管鋰電池技術成熟並具備足夠蓄電量,然而由於其內含電解液的材料特性,當遇到車禍時,電解液燃燒將會釋放大量有毒物質,因此有非常高的安全風險。
有鑑於此,固態電池由於其體積小、較安全、充電量大的特性,可能成為未來趨勢。預計在未來3~5年將會出現顯著的進展。儘管目前固態電池的製程還未穩定,尚未進入量產階段,固態電池檢測規範亦尚未落地。
吳維翰指出,鋰電池的價格將隨著採用率提高而逐漸下降,到了2025年時,鋰電池的價格預計將達到2010年價格的十分之一。因此,在固態電池成熟並量產之後,成本也將逐漸降低,進而帶動在電動車領域的滲透率。
然而,在固態電池電池正式量產之前,相關供應商依然必須滿足目前的鋰電池量測要求,然而面對3~5年後即將面臨的固態電池大趨勢,也必須要開始布局。吳維翰認為,電池的測試項目不外乎結構相關測試(高溫、低溫、震動等測試項目)與電氣相關測試(高速充放電等測試項目),因此,在此新技術研發階段,便相當適合導入模組化量測儀器。模組化儀器之優點在於能靈活應變不斷變動的測是規範,並能依照不同國家的法規要求調整。