在新能源汽車快速發(fā)展的推動下，熱管理市場正迎來高速增長。據公開行業(yè)報告*預測，中國新能源汽車熱管理市場規(guī)模將在2025年達到883億至947億元，2028年更有望突破1440億元。
近日，納芯微技術市場經理高峰在新能源與熱管理論壇中，圍繞“集成化電機驅動IC賦能新能源汽車熱管理系統(tǒng)智能化躍遷”展開分享，立足汽車芯片設計公司視角，從技術路線演進、挑戰(zhàn)剖析等四個維度，深入探討了新能源汽車熱管理發(fā)展對芯片提出的新要求。
新能源汽車熱管理：市場“狂飆”與技術“闖關”
在“碳中和”政策引導和消費者對續(xù)航、安全性不斷攀升的要求下，熱管理系統(tǒng)正加速邁向高效化、集成化、智能化。整車熱管理架構正從分散式向高度集成式演進，空調、電池、電驅等子系統(tǒng)溫控深度融合，對控制精度、能效調節(jié)和系統(tǒng)響應速度提出更高要求。這一趨勢不僅催生了大量控制芯片需求，也對在“碳中和”政策引導和消費者對續(xù)航、安全性不斷攀升的要求下，熱管理系統(tǒng)正加速邁向高效化、集成化、智能化。整車熱管理架構正從分散式向高度集成式演進，空調、電池、電驅等子系統(tǒng)溫控深度融合，對控制精度、能效調節(jié)和系統(tǒng)響應速度提出更高要求。這一趨勢不僅催生了大量控制芯片需求，也對上游芯片設計在可靠性、性能和成本控制等方面帶來前所未有的挑戰(zhàn)。等方面帶來前所未有的挑戰(zhàn)。
在高峰看來，技術挑戰(zhàn)在于要以盡可能小的能量滿足整車系統(tǒng)在冷凝側水路工況要求，無論是制熱還是制冷。集成化成為零部件廠商長期成長的關鍵和核心壁壘，不僅涉及熱管理系統(tǒng)零部件的集成化，還對芯片集成化提出了更高要求。
集成化驅動IC：解碼核心價值，開啟創(chuàng)新方向
在集成化驅動IC領域中，納芯微圍繞“高精度控制”構建核心優(yōu)勢。區(qū)別于標準通用芯片按目錄排物料，納芯微聚焦汽車應用，提供完整解決方案。像NSD731x系列多通道驅動芯片，適配多通道水閥等應用。借助高精度控制，可精準調節(jié)閥體開關、水閥轉速動態(tài)響應，提升系統(tǒng)能效管理，讓新能源汽車熱管理系統(tǒng)在不同狀況下都能實現(xiàn)最佳性能。未來創(chuàng)新方向將圍繞進一步提升控制精度、拓展應用場景展開。
集成化驅動IC的創(chuàng)新方向中，智能算法集成至關重要。當前集成式熱管理正邁向域控制器架構，在熱管理域控的集中化與動態(tài)調整過程中，智能算法能依據實時數據和采集信號，靈活調整熱管理控制策略，大幅提升系統(tǒng)智能化水平與適應性。
以電機控制類芯片為例，它不再局限于單純的驅動功能，而是在芯片內集成算法。納芯微的全集成嵌入式電機驅動SoC產品將驅動、保護、通信、電源管理及控制等功能集成于單芯片，極大簡化了外圍電路。其中，量產的NSUC1610在國內主機廠車型中表現(xiàn)優(yōu)異，全集成設計降低了系統(tǒng)復雜性與成本，還提高了PCB電路的可靠性與穩(wěn)定性。
此外，預驅加控制模塊的一體化設計也是重要方向，它能降低系統(tǒng)損耗，支持更高電流密度與能量密度，實現(xiàn)系統(tǒng)性能躍遷，滿足新能源汽車高效、高功率密度的模塊化設計需求。
在汽車熱管理域控系統(tǒng)的發(fā)展進程中，芯片設計的技術演進路線帶來了新的芯片解決方案需求。目前，汽車熱管理域控系統(tǒng)架構不斷演變，已有零部件廠商推出ITMS架構，未來產品將持續(xù)朝著系統(tǒng)降本、芯片降本的方向邁進。
高峰解釋說，在汽車熱管理系統(tǒng)中，通常配備兩到三個水泵、兩到三個電子水閥，采用三通閥或四通閥、以及多通閥的閥島概念，通過BDC或BLDC直流有刷、無刷電機，以及兩到三個步進電機驅動電子膨脹閥，還可能有冷卻風扇或鼓風機的驅動。其中，電子水泵和風扇大多采用BLDC電機，以無感FOC方式控制，這意味著多個BLDC電機的算法控制需由域控制器的大MCU實現(xiàn)無感FOC電機算法控制。
這對芯片的算力、主頻及MCU資源要求頗高，當前多采用具備高主頻、強算力和實時控制能力的MCU架構，以滿足域控制器對性能與響應的雙重要求，整個PCB硬件方案成本約為200元。為降低成本，可將算法下放到電機側執(zhí)行器，通過BLDC預驅的SoC或集成算法的ASIC完成所有BLDC電機控制，從而解放域控制器MCU資源。如此一來，僅需M3主頻100MHz或M4F的MCU即可完成系統(tǒng)熱管理驅動控制，使PCBA系統(tǒng)硬件成本降至150元以內。若將算法固化到BLDC專用電機驅動芯片，成本有望降至100元以內，從而實現(xiàn)快速系統(tǒng)降本。
他展望道，隨著新能源熱管理系統(tǒng)架構趨于穩(wěn)定固定，越來越多的一級供應商和主機廠將與芯片廠家聯(lián)合定義芯片。屆時，芯片設計將更加標準化和集成化，將驅動側、通信側、管理側及電源管理等功能集成在一顆芯片中，PCBA上僅保留一顆大的控制芯片，功率器件置于外圍。目前，已有零部件供應商和熱管理供應商與相關企業(yè)進行前沿交流和工程級別系統(tǒng)驗證。
技術亮點，引領典型應用
在汽車系統(tǒng)熱管理領域，納芯微的產品展現(xiàn)出了卓越的技術亮點與廣泛的應用前景。納芯微的低壓通用型高性能處理器NSUC1700專為汽車空調壓縮機及PTC控制器打造，將電機控制所有必要外設集成其中，精準適配電機控制與PTC控制應用場景，為相關系統(tǒng)提供高效穩(wěn)定的支持。
納芯微的全集成嵌入式電機驅動SoC更是技術創(chuàng)新的典范。它集LIN收發(fā)器、40 V耐壓LDO、M3處理器內核、預驅和功率MOSFET器件于一身，是國內唯一晶圓結溫支持175℃的全車規(guī)電機控制SoC。在熱管理系統(tǒng)中，它能精準控制電子水閥的三通閥、四通閥及多通閥的BLDC電機，也能駕馭電子膨脹閥的步進電機。
納芯微不僅提供芯片，還提供交鑰匙解決方案，包含電機控制代碼及例程，可實現(xiàn)無感FOC的BLDC電機控制，尤其適用于小功率20瓦以內的各種類型電機。針對中功率需求，納芯微提供另外一顆高集成度的芯片，同樣具備175℃晶圓結溫支持車規(guī)Grade 0等級可靠性認證。它主要應用于集成式管理的大功率水閥（堵轉電流要求3安培以上），也適用于汽車電子水泵、冷卻風扇、鼓風機、油泵等各類場景。目前，該產品已有車型定點，擁有成熟應用案例與完整電機控制解決方案。
未來展望與技術演進探討
隨著新能源汽車產業(yè)的蓬勃發(fā)展，熱管理作為保障車輛性能、續(xù)航與安全的關鍵環(huán)節(jié)，其未來展望與技術演進備受矚目。作為芯片設計方，納芯微密切關注著整個系統(tǒng)的集成發(fā)展趨勢。
高峰認為，集成化無疑已成為提升系統(tǒng)效率的核心方向，也是汽車零部件供應商構筑核心壁壘的關鍵所在。
從物理層面來看，集成化發(fā)展將推動硬件布置的持續(xù)優(yōu)化。通過巧妙的設計，可實現(xiàn)空間的有效節(jié)約與輕量化目標，進而降低系統(tǒng)成本、提升節(jié)能效果，最終增加新能源汽車的續(xù)航里程，這無疑將顯著增強主機廠產品的市場競爭力。例如，將原本分散的部件進行整合，不僅能減少占用空間，還能減輕車身重量，使車輛在行駛過程中消耗更少的能量。
在能量層面，集成模塊的連接將水路側、冷媒側及整個系統(tǒng)深度融合，實現(xiàn)統(tǒng)籌的熱量管理。這將有助于余熱回收與熱源再利用，大幅提升能源利用效率。想象一下，車輛在行駛過程中產生的廢熱能夠被有效收集并重新利用，為車輛的其他部件提供能量，這將極大地提高新能源汽車的能源利用水平。
對于零部件廠商而言，集成化發(fā)展既是機遇也是挑戰(zhàn)，能否在這一過程中脫穎而出，成為長期成長的關鍵。首先，熱管理系統(tǒng)的龐雜性要求企業(yè)掌握多種零部件的工藝與 Know-how，以橫向拓展多品類產品盈利，提升零部件附加值。其次，系統(tǒng)性的設計與仿真實驗至關重要，各零部件間的相互依賴與制約關系構成了復雜的系統(tǒng)耦合性工程，這正是零部件廠商發(fā)揮優(yōu)勢的舞臺。最后，集成化熱管理系統(tǒng)與車身的緊密關聯(lián)，使零部件廠商有機會與主機廠深度綁定，參與整車系統(tǒng)設計探討，形成不可替代的零部件定位。
這一過程對芯片集成化提出了更高需求與挑戰(zhàn)。芯片集成化的進一步提升，要求我們在芯片層面實現(xiàn)產品差異化，與汽車零部件供應商形成深度綁定能力。芯片廠商需要更早地參與到協(xié)同開發(fā)中，深入了解系統(tǒng)需求，為新能源汽車熱管理提供更高效、更可靠的芯片解決方案，共同推動新能源汽車產業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
