來源：納芯微電子

在新能源汽車快速發(fā)展的推動(dòng)下，熱管理市場(chǎng)正迎來高速增長。據(jù)公開行業(yè)報(bào)告*預(yù)測(cè)，中國新能源汽車熱管理市場(chǎng)規(guī)模將在2025年達(dá)到883億至947億元，2028年更有望突破1440億元。

近日，納芯微技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理高峰在新能源與熱管理論壇中，圍繞“集成化電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(shè)計(jì)公司視角，從技術(shù)路線演進(jìn)、挑戰(zhàn)剖析等四個(gè)維度，深入探討了新能源汽車熱管理發(fā)展對(duì)芯片提出的新要求。

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新能源汽車熱管理：

市場(chǎng)“狂飆”與技術(shù)“闖關(guān)”

在“碳中和”政策引導(dǎo)和消費(fèi)者對(duì)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(gòu)正從分散式向高度集成式演進(jìn)，空調(diào)、電池、電驅(qū)等子系統(tǒng)溫控深度融合，對(duì)控制精度、能效調(diào)節(jié)和系統(tǒng)響應(yīng)速度提出更高要求。這一趨勢(shì)不僅催生了大量控制芯片需求，也對(duì)上游芯片設(shè)計(jì)在可靠性、性能和成本控制等方面帶來前所未有的挑戰(zhàn)。

在高峰看來，技術(shù)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(cè)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(guān)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(duì)芯片集成化提出了更高要求。

集成化驅(qū)動(dòng)IC：

解碼核心價(jià)值，開啟創(chuàng)新方向

在集成化驅(qū)動(dòng)IC領(lǐng)域中，納芯微圍繞“高精度控制”構(gòu)建核心優(yōu)勢(shì)。區(qū)別于標(biāo)準(zhǔn)通用芯片按目錄排物料，納芯微聚焦汽車應(yīng)用，提供完整解決方案。像NSD731x系列多通道驅(qū)動(dòng)芯片，適配多通道水閥等應(yīng)用。借助高精度控制，可精準(zhǔn)調(diào)節(jié)閥體開關(guān)、水閥轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，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(shí)現(xiàn)最佳性能。未來創(chuàng)新方向?qū)@進(jìn)一步提升控制精度、拓展應(yīng)用場(chǎng)景展開。

集成化驅(qū)動(dòng)IC的創(chuàng)新方向中，智能算法集成至關(guān)重要。當(dāng)前集成式熱管理正邁向域控制器架構(gòu)，在熱管理域控的集中化與動(dòng)態(tài)調(diào)整過程中，智能算法能依據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和采集信號(hào)，靈活調(diào)整熱管理控制策略，大幅提升系統(tǒng)智能化水平與適應(yīng)性。

以電機(jī)控制類芯片為例，它不再局限于單純的驅(qū)動(dòng)功能，而是在芯片內(nèi)集成算法。納芯微的全集成嵌入式電機(jī)驅(qū)動(dòng)SoC產(chǎn)品將驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、通信、電源管理及控制等功能集成于單芯片，極大簡(jiǎn)化了外圍電路。其中，量產(chǎn)的NSUC1610在國內(nèi)主機(jī)廠車型中表現(xiàn)優(yōu)異，全集成設(shè)計(jì)降低了系統(tǒng)復(fù)雜性與成本，還提高了PCB電路的可靠性與穩(wěn)定性。

此外，預(yù)驅(qū)加控制模塊的一體化設(shè)計(jì)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(shí)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(shè)計(jì)需求。

在汽車熱管理域控系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)程中，芯片設(shè)計(jì)的技術(shù)演進(jìn)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(gòu)不斷演變，已有零部件廠商推出ITMS架構(gòu)，未來產(chǎn)品將持續(xù)朝著系統(tǒng)降本、芯片降本的方向邁進(jìn)。

高峰解釋說，在汽車熱管理系統(tǒng)中，通常配備兩到三個(gè)水泵、兩到三個(gè)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(jī)，以及兩到三個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電子膨脹閥，還可能有冷卻風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。其中，電子水泵和風(fēng)扇大多采用BLDC電機(jī)，以無感FOC方式控制，這意味著多個(gè)BLDC電機(jī)的算法控制需由域控制器的大MCU實(shí)現(xiàn)無感FOC電機(jī)算法控制。

這對(duì)芯片的算力、主頻及MCU資源要求頗高，當(dāng)前多采用具備高主頻、強(qiáng)算力和實(shí)時(shí)控制能力的MCU架構(gòu)，以滿足域控制器對(duì)性能與響應(yīng)的雙重要求，整個(gè)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(jī)側(cè)執(zhí)行器，通過BLDC預(yù)驅(qū)的SoC或集成算法的ASIC完成所有BLDC電機(jī)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(qū)動(dòng)控制，使PCBA系統(tǒng)硬件成本降至150元以內(nèi)。若將算法固化到BLDC專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，成本有望降至100元以內(nèi)，從而實(shí)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(gòu)趨于穩(wěn)定固定，越來越多的一級(jí)供應(yīng)商和主機(jī)廠將與芯片廠家聯(lián)合定義芯片。屆時(shí)，芯片設(shè)計(jì)將更加標(biāo)準(zhǔn)化和集成化，將驅(qū)動(dòng)側(cè)、通信側(cè)、管理側(cè)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(yīng)商和熱管理供應(yīng)商與相關(guān)企業(yè)進(jìn)行前沿交流和工程級(jí)別系統(tǒng)驗(yàn)證。

技術(shù)亮點(diǎn)，引領(lǐng)典型應(yīng)用

在汽車系統(tǒng)熱管理領(lǐng)域，納芯微的產(chǎn)品展現(xiàn)出了卓越的技術(shù)亮點(diǎn)與廣泛的應(yīng)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(diào)壓縮機(jī)及PTC控制器打造，將電機(jī)控制所有必要外設(shè)集成其中，精準(zhǔn)適配電機(jī)控制與PTC控制應(yīng)用場(chǎng)景，為相關(guān)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(jī)驅(qū)動(dòng)SoC更是技術(shù)創(chuàng)新的典范。它集LIN收發(fā)器、40 V耐壓LDO、M3處理器內(nèi)核、預(yù)驅(qū)和功率MOSFET器件于一身，是國內(nèi)唯一晶圓結(jié)溫支持175℃的全車規(guī)電機(jī)控制SoC。在熱管理系統(tǒng)中，它能精準(zhǔn)控制電子水閥的三通閥、四通閥及多通閥的BLDC電機(jī)，也能駕馭電子膨脹閥的步進(jìn)電機(jī)。

納芯微不僅提供芯片，還提供交鑰匙解決方案，包含電機(jī)控制代碼及例程，可實(shí)現(xiàn)無感FOC的BLDC電機(jī)控制，尤其適用于小功率20瓦以內(nèi)的各種類型電機(jī)。針對(duì)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(jié)溫支持車規(guī)Grade 0等級(jí)可靠性認(rèn)證。它主要應(yīng)用于集成式管理的大功率水閥（堵轉(zhuǎn)電流要求3安培以上），也適用于汽車電子水泵、冷卻風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)、油泵等各類場(chǎng)景。目前，該產(chǎn)品已有車型定點(diǎn)，擁有成熟應(yīng)用案例與完整電機(jī)控制解決方案。

未來展望與技術(shù)演進(jìn)探討

隨著新能源汽車產(chǎn)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(guān)鍵環(huán)節(jié)，其未來展望與技術(shù)演進(jìn)備受矚目。作為芯片設(shè)計(jì)方，納芯微密切關(guān)注著整個(gè)系統(tǒng)的集成發(fā)展趨勢(shì)。

高峰認(rèn)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(yīng)商構(gòu)筑核心壁壘的關(guān)鍵所在。

從物理層面來看，集成化發(fā)展將推動(dòng)硬件布置的持續(xù)優(yōu)化。通過巧妙的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)空間的有效節(jié)約與輕量化目標(biāo)，進(jìn)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(qiáng)主機(jī)廠產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。例如，將原本分散的部件進(jìn)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(cè)、冷媒側(cè)及整個(gè)系統(tǒng)深度融合，實(shí)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(chǎn)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(duì)于零部件廠商而言，集成化發(fā)展既是機(jī)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(guān)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(chǎn)品盈利，提升零部件附加值。其次，系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要，各零部件間的相互依賴與制約關(guān)系構(gòu)成了復(fù)雜的系統(tǒng)耦合性工程，這正是零部件廠商發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的舞臺(tái)。最后，集成化熱管理系統(tǒng)與車身的緊密關(guān)聯(lián)，使零部件廠商有機(jī)會(huì)與主機(jī)廠深度綁定，參與整車系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討，形成不可替代的零部件定位。

這一過程對(duì)芯片集成化提出了更高需求與挑戰(zhàn)。芯片集成化的進(jìn)一步提升，要求我們?cè)谛酒瑢用鎸?shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化，與汽車零部件供應(yīng)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(dòng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

納芯微電子（簡(jiǎn)稱納芯微，科創(chuàng)板股票代碼688052）是高性能高可靠性模擬及混合信號(hào)芯片公司。自2013年成立以來，公司聚焦傳感器、信號(hào)鏈、電源管理三大方向，為汽車、工業(yè)、信息通訊及消費(fèi)電子等領(lǐng)域提供豐富的半導(dǎo)體產(chǎn)品及解決方案。

納芯微以『“感知”“驅(qū)動(dòng)”未來，共建綠色、智能、互聯(lián)互通的“芯”世界』為使命，致力于為數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)世界的連接提供芯片級(jí)解決方案。