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对话两轮电动车控制器如何实现智能升级?

作者:火狐体育在线 来源:火狐体育NBA 点击:3 次 发布时间:2022-09-30 11:34:46

  【哔哥哔特导读】对话国内优秀器件供应商与整机企业,探讨两轮电动车控制器智能升级及其发展的市场空间。

  目前,两轮电动车作为重要的短距离交通工具,已经渗透到即时配送、共享出行、消费者通勤使用等领域,市场规模已被扩大。两轮电动车控制器是两轮电动车的核心部件,主要电机的启动、运行、进退、速度、停止等运作,担负着两轮电动车“控制大脑”的作用,与两轮电动车的市场发展相依相存。

  传统的两轮电动车行业发展成熟,全国保有量已超3亿辆。“新国标”政策下,行业标准规范起来,消除了市场的灰色空间,淘汰品质低劣的两轮电动车产品,同时也促进了两轮电动车市场的存量替换。尤其是在智能化的趋势下,两轮电动车市场需求升级,这对其控制器的应用与发展产生了怎样的影响?原有的器件性能是否还能满足使用要求?

  本期《对话》栏目聚焦两轮电动车控制器话题,同时邀请行业上游器件供应商和下游整机厂商,针对两轮电动车控制器内的主控芯片核心器件以及功率器件、电容等辅助器件的性能要求展开探讨,共述“新国标”政策下的应用现状和发展趋势,促进行业间的协同发展。

  对线. 智能化发展驱动下,两轮电动车控制器主控芯片MCU哪些功能和性能更满足消费者的需求?

  2. 从外围配合器件应用来看,目前两轮电动车控制器对功率器件、电容电阻等提出了哪些具体的性能要求?

  3. 随着“新国标”政策推动,两轮电动车控制器的整体应用产生了怎样的影响或变化?

  4. 作为电动车控制器企业,与上游元器件供应商合作中,是否产生了相关困扰或问题?

  5. 作为上游元器件供应商,您认为与两轮电动车控制器企业合作中哪些方面应该需要注意的?贵公司如何保持自身优势?

  对线.智能化发展驱动下,两轮电动车控制器主控芯片MCU哪些功能和性能更满足消费者的需求?

  国民技术左亮平:电动车等领域对核心驱动电机的控制精度、转矩脉动、可靠性、噪声震动(NVH)、电机驱动效率、弱磁性能、电流响应速度等技术性能的要求越来越高,电机控制算法日趋复杂,因此对电机控制技术及主控制器芯片的计算能力提出了更高的要求。

  为了实现更加灵活的感知和传输等智能化需求,电动车等领域还要求电机驱动器的MCU主控芯片具有更加多样化的通信接口及更多通道的模拟/数字(A/D)和数字/模拟(D/A)接口,以便对电机驱动系统多传感器所采集的数据进行采集和分析。此外,针对电动车电机控制器的一些特殊需求,MCU芯片还需要集成高精度电机效率在线优化控制技术(MTPA)、高性能模型预测电流控制技术(MPC)、高精度电动汽车用内嵌式永磁同步电机无位置传感技术等先进电机驱动控制技术。国民技术开发的N32系列通用MCU也因此应运而生。

  朗科智能叶凯凡:我觉得应该是提速和节能省电两方面。因为消费者使用了电动车,就希望它跑得更远,启动速度也更快。主控芯片MCU高集成度主要方便我们制造、开发等。

  和英智能朱盛之:因为目前我们两轮电动车控制器主控芯片基本上是国产的TSM32。电机控制器主要负责实现控制电机专用功能,很多任务其实不是由它去完成的,不会过于智能化。要智能化的话,可能是仪表端的SEO需要有蓝牙或者大内存,分两个控制板。

  极海半导体许沁:国内两轮电动车赛道上的厂商很多,并呈现不断增加的趋势。在市场需求向智能化发展带动下,两轮电动车增加大量智能配置,如智能灯光系统、远程控制充电、多功能显示仪表、防盗、自检、骑行轨迹查看等。各厂商都在寻找最适合自己的控制器主控芯片,但基本围绕对电机运转控制更精准、大功率控制、提高动力与传动效率等要求。

  灵动微电子胡力兴:目前两轮电动车产品确实有着向高品质、智能化、个性化的发展趋势。一方面作为主控芯片,高稳定性、高效率和高性价比是永恒不变的追求。这可以满足消费者对骑乘舒适度,续航性能以及包括当下极端气温条件下的系统可靠性。另一方面,对于消费者越来越多的智能化和个性化需求。MCU本身的Flash会需要增大,满足功能安全、OTA以及更多额外特色功能的需求;算力会要增强满足电机的复杂算法;通信接口,比如UART会需要增加,以便支持功能扩展;CAN这类通信接口也开始被使用,以满足通信可靠性。

  远驱科技黎亚平:还要看是做高端还是做低端。对于高端的两轮电动车来讲,首先速度要快,第二要看功能,第三是flash容量要足够大。因为我们要及时保存各种动态数据上传到云端。低端两轮电动车的话,器件价格便宜,满足一般性能基本上就可以,主控芯片基本上都在用8位MCU。如果要稍微好一点,32位MCU里超便宜的都能用,只要带AD功能就行。

  兆易创新金光一:兆易创新GD32 MCU已广泛应用于电机控制、电池管理(BMS)、通信监控、灯控以及仪表盘等诸多应用场景。GD32 MCU通过正弦波控制算法驱动BLDC电机,凭借Cortex-M4内核的240MHz高主频和多路USART/UART、I2C、SPI、CAN总线等通信接口,支持两轮电动车的智能仪表ICM、锂电池组、整车控制器VCU和电机控制器之间的协议互连。片上集成的高速大容量片上闪存,更有助于实现复杂的方案设计和灵活的程序在线升级。全车的更新程序通过网络端下载到智能仪表ICM端存储,再通过CAN通讯,可实现全车电子系统的OTA升级。

  2.从外围配合器件应用来看,目前两轮电动车控制器主要对功率器件、电容电阻等提出了哪些具体的性能要求?

  远驱科技黎亚平:对于电阻电容,我们一般只用合资企业的,用国产的不可靠,性能上没有太多的要求。对于功率器件,国标电动车需要48V的线V左右耐压的MOS管。在电动摩托车领域,我们一般用到100V、120V、135V和150V等系列。目前国内很多厂家产品系列都能满足这个要求,只不过主要是产品的稳定性和一致性方面存在一些问题。

  和英智能朱盛之:现在至少我们使用的电阻电容都是没有什么太大的区别,没有特别的性能要求。但功率管想用氮化镓不太可能,因为价格太高了,我们主要还是用MOS管。作为生产商,尽量要求成本低和性能好两个需求,其他没有新的要求。

  华羿微电何磊:获取更好的动力、更大的电机扭矩,相同电压、管数的控制器方案限电流相对之前设计均有所提高,对于功率MOSFET的要求随之也就提高了。控制器方案对于MOSFET产品动、静态参数都有一定的要求,动态参数会影响功率器件开关损耗,导通电阻会影响导通损耗,综合考量会对控制器温升、方案整体效率产生影响;除了对MOSFET动静态参数有要求外,对MOSFET产品自身性能参数IDM、EAS、SOA等也有考量。由此可见,更好地了解产品的应用环境对于推出更适合的MOSFET产品是非常重要。

  安兴电子李龙:由于电动车上的颠簸较大,它所使用的电解电容与普通的电解电容不相同。我们会做专门的车载实验,最重要的是会测试它的振动时间,以需要满足车载标准要求,这是最大的一个区别。另一方面,电解电容的耐久性实际上要比照明或者消费类电子等其他产品要更优异一些。因为涉及人的生命财产安全,如果出了问题,它会更严重。

  远驱科技黎亚平:对低端控制器肯定是有影响的,低端控制器主要被高标和晶汇两大品牌垄断,小品牌都比较艰难。行业比较大功率的高端控制器市场也被我们公司垄断了70%,其他二十几家全都亏损,市场红利都已经快结束了。其实“新国标”政策一推出,市场垄断的现象还是比较明显。关键在于现在社会的信息流太发达了,将来强者很强,弱者很弱。

  保障充电安全也是“新国标”政策的重点,鉴于高能量锂电池的安全风险,提供高可靠性、高精度的电池管理成为锂电池应用的关键,两轮电动车控制器必须配备高可靠、高精度的BMS(电池管理系统),检测电压电流和温度状态,实现短路、过压、过温保护、平衡电芯,以及充电器、负载、热管理、紧急关停等其他子系统进行安全通信交互。

  灵动微电子胡力兴:“新国标”强制性要求3C认证,抬升了行业门槛,这淘汰一批一味追求廉价的劣质制造商,不仅行业集中度开始加强,竞争格局也得到改善,同时也使得供给端的产品开始先于需求端进行优化。头部的优秀企业开始打磨有特色、有性能、智能化的高端产品。这也推动上游的MCU原厂针对两轮电动车市场研发对应的产品,灵动微电子的SPIN0280系列,就是为该市场专门打造的。

  凌鸥创芯黄致恺:伴随“新国标”与节能减碳政策的落实,传统两轮电动车企业发展空间得以拓展,电动自行车与电动摩托车的界线明确,使得没有规范的中小企业逐渐退出,行业竞争逐步集中到现有的大企业之间,因此更多新的技术与设计,可以获得更多的空间得以实现。各省分对于新国标下超标的电动车也设置了过渡期,预计至2024年截止,每年替换量可增加2000万台以上的需求,同时因为新国标的规范,加上近年疫情影响,外卖、派送与国外透过电动出行的需求遽增、共享电动出行等,使得电动车出口规模不断扩大,与国内需求总额的增加,同期同比上涨提高了不少。在新政策下,新的产品推出搭配了智能化与骑乘舒适感则是用户在新购买的需求下,多数会加以考虑的变化,因此可以看到更多的大品牌,包含手机品牌公司纷纷加入了智能化电动车市场,将其电动车纳入物联网平台。

  极海半导体许沁:“新国标”的实施,意味着电动两轮车在未来三年内将迎来换购潮,行业更集中且更具规范化,低端产品会逐渐被拥有高品质、高性价比的两轮电动车所替代。而这也必将使上游产业链受益。在国家政策、市场需求等因素影响下,消费者对电动两轮车智能化应用接受度不断提高,同时制造厂商也将从不同技术角度研发新功能、提高产品性能。此外,在以生活生产用工具为主要需要的亚太地区,对两轮电动车成本更为敏感。

  本轮缺货潮以及国产替代,工业客户也越来越对国产芯片厂商青睐,目前极海半导体已与诸多工业领域控制器客户达成项目合作。针对通用市场,极海半导体推出基于Arm®Cortex®M0+/M3/M4的APM32系列通用MCU。另外,极海半导体即将推出首款模拟前端产品,可用于两轮电动车BMS管理系统中。

  灵动微电子胡力兴:品质是基本盘,其他特色是加分项。灵动微电子一直着眼于产品的质量提升。就像大多数客户购买电脑时一般只关注主频、硬盘、内存的参数;但实际使用后会发现很多细致的做工和质量才真正影响使用体验。灵动微电子保证芯片的高可靠性和性价比的同时,在ESD、Latchup、全温范围参数漂移等方面下苦工,减少客户产品的不良率和返修率,帮助客户提升产品品质。

  兆易创新金光一:竞争激烈的两轮电动车控制器市场,兆易创新可以提供丰富的产品组合,包含MCU、传感器、模拟外设、信号链和各类存储器在内组合联动的综合性解决方案,具有集成度高、使用方便等显著优势,实现高性能低BOM成本的设计。两轮车市场对于价格成本尤为敏感,GD32 MCU可以提供极具市场竞争力的价格,协助客户持续降低成本,抢占市场份额。GD32一直致力于产品工艺的迭代演进和上游供应链的优化,灵活调度多产线资源稳定供货并可以随时满足电动车市场的增量需求,提供交付保障。

  凌鸥创芯黄致恺:凌鸥创芯是专注于电机控制与驱动的IC设计供应商,在两轮电动车控制器的市场占有率保持领先的位置,藉由不断的产品规格迭代,品质的稳定与设计能力的提升,得以维持领先的优势。更多的模拟器件的集成,例如驱动芯片、OPA、ACMP、周围电路,凌鸥创芯还提供了电源芯片、驱动芯片以及MOSFET的选择,合作企业可以单一窗口作为技术支持与采购,简化了许多流程上的成本开销。凌鸥创芯也自主研发许多新的技术,无传感器矢量FOC驱动、永磁同步辅助磁阻电机设计与驱动、霍尔故障与自适应等,可以与合作企业一同开发或是加速新客户新项目导入的速度,都是凌鸥创芯在此应用领域中得以保持优势的努力。

  国民技术左亮平:为适应两轮电动车市场的快速发展,作为产业链上游的元器件供应商,国民技术无论在技术能力提升、产业生态培育,还是在产品覆盖面与应用方案支撑能力等方面都需要加强。例如,从产品方面加快发展宽产品线的发展模式,以适应多样化需求与不同应用层次性价比要求;在产业生态方面加大力度在MCU相关的开发工具链、操作系统、技术交流平台、量产、参考设计、培训等综合性方面的投入;在应用方案及参考设计方面,充分利用好本土化优势,联合零部件及整机厂商共同定义相关的产品及技术规格,从定义到设计、验证、导入、量产形成合力优势。

  华羿微电何磊:华羿微电所有推广在电动车控制器上应用的产品系列,出厂前均通过了公司实验室相关测试,目的是更贴切的模拟产品在实际应用中可能出现的问题,来考量产品的应用效果。具体测试项有动/静态相线短路实验,堵转实验、缺相线实验、过流过压等详细的实验。依据应用方案特点,严格把控产品质量关,自主研发具有针对性应用设计产品是保持核心竞争力的必由之路。

  兆易创新金光一:今年两轮电动车的出口情况持续向好。海外市场在政策和产品驱动下,无论是作为短交通出行的代步工具,或是在绿色环保政策下作为燃油摩托车的电动化替代,中国两轮电动车产业链集群的出口优势明显。目前中国市场上有超2亿台两轮电动车需要升级替换,伴随着各地新国标结束过渡期并正式生效,国内两轮电动车也将在未来几年内迎来换购高峰期。作为两轮电动车的核心指挥系统,控制器的市场需求将持续火爆。传统品牌的电动车厂商也陆续推出智能电动车产品,并进入海内外高端市场。

  汽车智能化的发展历程也为智能两轮车提供了更多参考和实现路径。随着电子架构的完善和芯片算力的提高,两轮电动车的功能不断创新,例如类似汽车级的智能车机系统、车联网、辅助驾驶及AI智能、共享换电等,为MCU提供了更丰富宽阔的应用场景。控制器的主控MCU凭借专业算法可以增强行车体验,电控、电机、电池三电控制系统的适配协作可有效延长整车使用寿命并降低故障维修率,控制器搭配能量回收控制系统可以将滑行和刹车过程中产生的动能转化为骑行动力,以高集成度帮助两轮电动车厂商降低物料成本,提升市场竞争力。

  两轮电动车控制器之前可能用方波的量比较大,目前基本上往电线波方向靠,同时对电机和控制器之间的效率要求可能会越来越高。又因为大部分厂商的原材料成本增加,如果效率能提高,那么电机的用铜量和电池的容量都可以降低,成本也就降低,所以后面可能慢慢地就往如何提高控制器的工作效率,同时与电机配合起来的方向发展。

  远驱科技黎亚平:以后三年总体应该没有什么增量了,因为经济下滑之后,购买力下降。由于市场开始在萎缩,发展趋势的话应该是强者很强,弱者很弱,造成两极分化的局面。没有技术含量或者技术含量太差的电动车品牌基本90%以上都是买方案。技术角度上来说,这些公司理论上该淘汰了,但这对国家有好处,帮助优秀企业出围,否则全是这种企业在里面把价格搅得一拉糊,把客服也是做得乌烟瘴气,整个产品到国外去也是质量问题频发。

  极海半导体许沁:首先,电动两轮车控制器行业总资产规模稳中上升,根据中研网数据,2021年总资产规模达到969亿元,2020年为931亿元。其次,电动两轮车控制器将从单一的电机变频调速功能向智能化系统转变。相信新国标正式实施后,市场上不符合新规技术要求的两轮电动车将会逐步淘汰,更新换代带来的购买需求持续增长,两轮电动车行业的发展将推动电动两轮车控制器行业的发展,对国产芯片企业也将会起到积极的推动作用。

  安兴电子李龙:我个人认为还是一个区域性的市场。第一,它没办法完全替代汽车,第二它是在一个小规模、短距离的范围之内使用,长距离不现实。最重要的是会牵扯到交规等方面的安全问题,因为目前市场还没有正式规范,这就会限制它的发展。如果说它有很大的发展,我个人认为可能会局限于范围较大的室内或者场馆区域,这样使用更加方便、快捷。

  而且在智能化的发展趋势下,车联网、AI智能、共享换电等方面的功能增加,这要求两轮电动车控制器内的主控芯片不仅性价比高、功能安全,还要实现全车电子系统的OTA升级,拥有更大的flash容量,以便于数据的传输,以及增强满足电机的复杂算法或通信接口等等。功率器件及电容等辅助器件也更注重产品的性价比和安全稳定等特性,目前国内厂商基本上都可以满足要求。

  中国的两轮电动车企业不仅在国内拥有很大的话语权,而且北美、欧洲、印度等海外地区也拥有新的市场增长点,甚至已经进入高端市场。相信随着两轮电动车市场的进一步规范以及国内厂商的不断努力,同时伴随国内市场存量的更新换代以及海外市场的扩展,中国两轮电动车的市场空间将被进一步扩大,未来智能和舒适的两轮电动车更受消费者欢迎。

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