在NE時(shí)代早期文章《新能源汽車熱管理發(fā)展趨勢(shì)》中，闡述過新能源汽車中集成式熱管理的作用及其升級(jí)路徑。總結(jié)來看，熱管理的升級(jí)可以分為三個(gè)階段，即獨(dú)立熱管理方案、冷卻液側(cè)或冷媒側(cè)單獨(dú)集成方案、全集成熱管理方案。對(duì)應(yīng)的，熱管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能更加豐富，效率得到有效提升，對(duì)PTC的依賴降低。

如今，全集成式熱管理已經(jīng)成為電動(dòng)汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置，即將冷卻液側(cè)多通閥與冷媒側(cè)閥島實(shí)現(xiàn)集成，在打通電池、電機(jī)、座艙空調(diào)所有水回路的同時(shí)，配合熱泵空調(diào)充分利用整車余熱，實(shí)現(xiàn)模塊化、集成化的同時(shí)提升效率，降低能耗。目前全集成方案已經(jīng)成為各家整車企業(yè)宣傳的重點(diǎn)。

在該方案的推動(dòng)下，整車熱管理可以分為前端散熱模塊、座艙熱管理模塊、動(dòng)力電池?zé)峁芾砟K、電驅(qū)動(dòng)熱管理模塊，彼此通過水路均可以實(shí)現(xiàn)余熱交換。部分高階智駕控制器、OBC中也需要提供散熱，通常串聯(lián)在電驅(qū)熱管理模塊中。

雖然方案思路有所類似，但各企業(yè)以及各車型的平臺(tái)熱管理方案均有所不同。主要是由兩方面的原因?qū)е碌?，一個(gè)是執(zhí)行電機(jī)類型及數(shù)量不同，二是控制架構(gòu)的差異。

01.

多通道、集成SoC，驅(qū)動(dòng)芯片也在集成

熱管理的執(zhí)行器部件主要包括多通道水閥（EWV）、電子水泵（EWP）、截止閥（SOV）、電子膨脹閥（EXV）。對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方式也有所差異。主要包括有刷直流電機(jī)（BDC）、無刷直流電機(jī)（步進(jìn)電機(jī)和BLDC電機(jī)）。

多通道水閥目前主要有兩種驅(qū)動(dòng)方式，電磁式多通閥方案和電機(jī)式多通閥方案。當(dāng)前國(guó)內(nèi)電機(jī)式多通閥方案占據(jù)絕對(duì)主流，即采用旋轉(zhuǎn)閥芯來實(shí)現(xiàn)多通道驅(qū)動(dòng)，電機(jī)類型為BDC電機(jī)。

多通閥結(jié)構(gòu)圖，圖源：網(wǎng)絡(luò)

差異部分來自于通道數(shù)量，根據(jù)NE時(shí)代數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，三通/四通閥/五通閥是當(dāng)前市場(chǎng)的主流，通過多個(gè)多通閥組合實(shí)現(xiàn)更高的通道數(shù)要求。目前僅部分企業(yè)直接采用八通閥，典型如特斯拉。

BDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路為典型的H橋驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)比較成熟。在芯片選型時(shí)通常只需要考慮電流是否滿足要求。

BDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，圖源：網(wǎng)絡(luò)

如納芯微NSD731x系列便是面向大電流BDC電機(jī)需求的驅(qū)動(dòng)芯片，結(jié)構(gòu)包括一個(gè)H橋和電流檢測(cè)，故障檢測(cè)以及SPI配置功能等，其中NSD7312峰值電流可達(dá)3.6A，導(dǎo)通電阻為520m Ohm HS + LS。

納芯微NSD7312系列功能框圖，圖源：納芯微

并且NSD7312支持PWM電流調(diào)制功能，也就意味著在電機(jī)啟動(dòng)過程中，負(fù)載出現(xiàn)較大電容或堵轉(zhuǎn)時(shí)，能夠可有效減小峰值電流，降低由于過大瞬態(tài)電流而對(duì)系統(tǒng)造成的沖擊。

電流調(diào)制與堵轉(zhuǎn)電流脈沖，圖源：納芯微

在新能源汽車應(yīng)用中，由于當(dāng)前主流還是以多個(gè)多通閥的組合方案為主，因此驅(qū)動(dòng)芯片選擇上主要體現(xiàn)為集成化方向。即單顆芯片驅(qū)動(dòng)多個(gè)多通閥。

目前常見的多通道驅(qū)動(dòng)芯片主要包括6，8，10，12通道的半橋驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品。除了可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)多通閥外，多通道集成優(yōu)勢(shì)還在于可以靈活組合驅(qū)動(dòng)部件，比如采用雙通道可以實(shí)現(xiàn)BDC電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，采用四通道可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用單獨(dú)高邊或者低邊可以實(shí)現(xiàn)電磁閥的驅(qū)動(dòng)等等。通道數(shù)越多，驅(qū)動(dòng)的部件和驅(qū)動(dòng)的方式選擇也就更多，方案靈活性也更高。但要求驅(qū)動(dòng)芯片能夠單獨(dú)控制執(zhí)行器，避免干擾。

典型的如納芯微NSD8308，其是一款8通道驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部集成了8個(gè)半橋，峰值驅(qū)動(dòng)電流為1.3A?？梢灾С侄鄠€(gè)電機(jī)同時(shí)、順序或者并行模式運(yùn)行，并支持正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、慢速衰減和快速衰減操作。此外NSD8308內(nèi)部還配置有8個(gè)PWM發(fā)生器，每個(gè)PWM發(fā)生器提供4種PWM頻率選項(xiàng)，分別為80、100、200、2000Hz和8位分辨率的占空比（1/255，約0.4%），用于負(fù)載電流的調(diào)制。

納芯微NSD8308功能框圖

電子膨脹閥是用在冷媒回路中，主要有兩種技術(shù)類型，電磁式電子膨脹閥和電動(dòng)式電子膨脹閥。在新能源汽車應(yīng)用中，當(dāng)前市場(chǎng)的主流應(yīng)用是電動(dòng)式電子膨脹閥。電磁式結(jié)構(gòu)更多的用于截止閥中。

電動(dòng)式電子膨脹閥的電機(jī)技術(shù)類型主要有兩種，脈寬式（PWM）驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在驅(qū)動(dòng)芯片層面，通常兩種驅(qū)動(dòng)可以通用，因此本文更多以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式來展開。

除了電子膨脹閥外，隨著冷媒側(cè)的深度集成，冷媒閥也呈現(xiàn)集成化趨勢(shì)。典型的方案是采用冷媒多通閥以替代多個(gè)截止閥和單向閥的應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)方式采用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，在開發(fā)過程中也可以實(shí)現(xiàn)與電子膨脹閥共平臺(tái)開發(fā)。

兩位三通冷媒閥，來源：海力達(dá)

從電路結(jié)構(gòu)上，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與上述BDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)便存在差異。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)需要4路半橋，而BDC僅需要兩路。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，圖源：網(wǎng)絡(luò)

因此如納芯微NSD8308擁有8通道，因此從通道數(shù)量上是可以滿足步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。但步進(jìn)電機(jī)相比BDC電機(jī)而言，其精度要求更高，因此通常需要在驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)集成細(xì)分器以提升控制精度。

步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)，圖源：納芯微

如納芯微NSD8381便是一款面向汽車級(jí)高精度兩相雙極步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)置4個(gè)半橋。支持最大1.35A滿量程電流，包括電流斬波調(diào)節(jié)，最高1/32微步轉(zhuǎn)換器和多種衰減模式選擇使步進(jìn)電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。

納芯微NSD8381功能框圖

電子水泵目前均采用BLDC驅(qū)動(dòng)，其電路結(jié)構(gòu)為3個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)。與BDC和步進(jìn)電機(jī)不同，BLDC的難點(diǎn)主要在控制部分。因此BLDC芯片的種類也主要有兩種，一種是單獨(dú)的BLDC驅(qū)動(dòng)芯片，另外一種是集成控制BLDC驅(qū)動(dòng)芯片。與上述BDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片類似，BLDC驅(qū)動(dòng)芯片在選型時(shí)更多考慮驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的電流能力即可。因此本文重點(diǎn)基于集成控制BLDC驅(qū)動(dòng)芯片來展開。

BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，圖源：網(wǎng)絡(luò)

納芯微在2023年初發(fā)布了其首款集成式SoC：NSUC1610，即面向該領(lǐng)域來開發(fā)。

在集成方式上，NSUC1610采用了內(nèi)核為Cortex M3的處理器，并且集成了預(yù)驅(qū)功能。此外還集成了LIN總線物理層、小功率MOS管陣列、DAC以及雙路溫度傳感器，可以由12V直接供電，并支持40V短時(shí)過壓承受。

具體配置來看，NSUC1610擁有4個(gè)半橋，驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到1A（500mOhm的Rdson），集成對(duì)應(yīng)的門級(jí)驅(qū)動(dòng)和上管驅(qū)動(dòng)所需要的電荷泵電源。擁有4線制LIN總線，接口滿足±40V過反壓耐壓要求。NSUC1610集成的4路半橋，可以精準(zhǔn)控制步進(jìn)電機(jī)，最高支持到128微步細(xì)分控制。

此外，NSUC1610支持12V的GPIO接口，可以實(shí)現(xiàn)PWM控制。雙路溫度傳感器分別為位于功率側(cè)做過溫?zé)彡P(guān)斷和位于低壓側(cè)做芯片溫度檢測(cè)。滿足最高級(jí)車規(guī)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，即Grade 0，對(duì)應(yīng)的溫度區(qū)間為-40°C-150°C，為此NSUC1610自身的結(jié)溫達(dá)到175°C。在EMC方面，可以實(shí)現(xiàn)CISPR25 class 5標(biāo)準(zhǔn)要求。

納芯微NSUC1610功能框圖

除上述介紹的執(zhí)行部件外，散熱器部分的風(fēng)扇電機(jī)、主動(dòng)進(jìn)氣格柵控制電機(jī)，HVAC側(cè)的鼓風(fēng)電機(jī)同樣屬于熱管理版塊。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)實(shí)際的電機(jī)類型和位置選擇合適的芯片方案。當(dāng)前由于域控制器架構(gòu)的影響，更傾向采用類似NSUC1610控制與驅(qū)動(dòng)集成的方案。

除上述提到的驅(qū)動(dòng)芯片外，在熱管理控制中還包括ADC芯片，負(fù)責(zé)采集溫度傳感器和液位傳感器的信號(hào)。通信方面，主控制器需要的帶寬比較高，通常為CAN通信，主控制器與電機(jī)之間則通常LIN或者PWM通信。相比于驅(qū)動(dòng)，通信和傳感器芯片與其他領(lǐng)域復(fù)用程度較高，均可按照自己的需求來靈活組合。

02.

控制器方案，E/E架構(gòu)說了算

另外對(duì)熱管理方案影響較大的是整車電子電氣架構(gòu)方案，主要影響的熱管理的控制方式。

根據(jù)控制與驅(qū)動(dòng)位置的不同，大體可以分為三類。一是控制、驅(qū)動(dòng)均布置在域控制器中。二是擁有獨(dú)立的熱管理控制器，控制和驅(qū)動(dòng)靈活布置。三是控制布置在域控制器中，驅(qū)動(dòng)布置在本地。

控制、驅(qū)動(dòng)均集成在域控制器中以特斯拉最具代表性。該方案的優(yōu)點(diǎn)是熱管理控制器數(shù)量減少，除馬達(dá)驅(qū)動(dòng)IC外，包括電源芯片、通訊芯片、MCU等都可以與域控制器共用，方便開發(fā)以及后期OTA。但缺點(diǎn)也很明顯，無法有效擴(kuò)展至不同平臺(tái)的車型中。

對(duì)應(yīng)到芯片需求方面，更傾向驅(qū)動(dòng)芯片本身，而非集成控制的SoC。此外，該方案也更傾向采用多通道驅(qū)動(dòng)芯片，以節(jié)省電路板面積。

由于驅(qū)動(dòng)IC集成在域控制器中，與電機(jī)之間的連接也會(huì)發(fā)生改變。域控制器直接采用SPI和IO口（PWM）控制電機(jī)，而非常見的LIN協(xié)議。因此，如果距離電機(jī)較遠(yuǎn)的話，會(huì)產(chǎn)生電磁干擾問題。

這就要求域控制器布置與電機(jī)距離要有所限制，需控制線束長(zhǎng)度。以特斯拉為例，為了限制驅(qū)動(dòng)線束的長(zhǎng)度，熱管理相關(guān)控制分布在三個(gè)車身域控制器中。其中閥體相關(guān)的驅(qū)動(dòng)IC更多的在前車身域控制器中。鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)則集成在左車身域控制器中。以實(shí)現(xiàn)負(fù)載的就近驅(qū)動(dòng)。

第二種方案是控制器和驅(qū)動(dòng)均在本地布置，熱管理控制為單獨(dú)的控制器，目前tier1更支持該方案。

該方案優(yōu)勢(shì)在于熱管理控制器獨(dú)立于域控制器之外，可以兼容不同類型的電子電氣架構(gòu)，能在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)集成式熱管理方案的布置。

第三種是控制集成在域控制中，驅(qū)動(dòng)布置在本地。該方案為目前采用較多的方案，也是變化最為多樣的方案。如比亞迪、蔚來、理想、小鵬等均采用該方案。與上述兩種方案不同的是，該方案只是將熱管理策略控制集成在域控制器中，但驅(qū)動(dòng)獨(dú)立，同時(shí)不設(shè)單獨(dú)的熱管理控制器，而是與電機(jī)集成在一起。

該方案最大的特點(diǎn)是兼顧了電子電氣架構(gòu)平臺(tái)化的特點(diǎn)同時(shí)不失靈活性的優(yōu)勢(shì)。但芯片數(shù)量相比兩者會(huì)有所增加，同時(shí)對(duì)芯片的側(cè)重性要求也會(huì)有所差異。

在驅(qū)動(dòng)芯片選擇方面，第二種方案介于第一種方案和第三種方案之間。主要影響來自于MCU性能的選型，如果選擇性能較強(qiáng)的MCU產(chǎn)品，即意味著控制可以集成在一顆MCU中實(shí)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)方案的選擇與第一種方案類似，僅需要單純的確定驅(qū)動(dòng)芯片即可。如果MCU性能不足以覆蓋全部功能，則會(huì)采用與第三種方案類似的思路，即在驅(qū)動(dòng)方面選用集成式SoC的方式作為補(bǔ)充。

除此之外，是否采用集成還與芯片的類型有關(guān)。如BDC驅(qū)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)更傾向集成在域控制器內(nèi)，BLDC驅(qū)動(dòng)則更傾向于本地布置，與水泵集成。當(dāng)然，當(dāng)下的方案還是更多以本地布置為主。

上文提到的納芯微NSUC1610的主要應(yīng)用場(chǎng)景便是主要面向本地化控制驅(qū)動(dòng)集成。如電子水閥和電子膨脹閥應(yīng)用中與閥類實(shí)現(xiàn)集成，在主動(dòng)進(jìn)氣格柵中與AGS實(shí)現(xiàn)集成，在HVAC控制中，與風(fēng)門電機(jī)集成等等。

但NSUC1610的峰值電流為1A，如果所需的驅(qū)動(dòng)電流大于這一數(shù)值，則需要重新選型。

針對(duì)大電流需求場(chǎng)景，也可以通過集成式SoC加單獨(dú)功率器件MOSFET的方式來實(shí)現(xiàn)。

據(jù)悉納芯微即將發(fā)布的NSUC1602便重點(diǎn)面向該方案開發(fā)。與NSUC1610類似，NSUC1602同樣采用Cortex M3內(nèi)核，可以支持包括FOC矢量控制或無感六步換相控制在內(nèi)的高級(jí)別的電機(jī)控制算法。同樣集成了電源以及LIN通訊芯片，不同的是，NSUC1602僅集成三相預(yù)驅(qū)電路，并未集成MOSFET電路。在實(shí)際應(yīng)用中僅需要根據(jù)電機(jī)功率要求選擇合適的功率器件MOSFET與之搭配即可實(shí)現(xiàn)大功率輸出。

03.

未來：技術(shù)升級(jí)、價(jià)值流改變

由于各企業(yè)平臺(tái)的差異，多樣化的熱管理方案將會(huì)長(zhǎng)期存在。但熱管理方案將高效率、多功能的趨勢(shì)不會(huì)改變。

高效率也就意味著對(duì)于溫度的控制更加精細(xì)，執(zhí)行速度也更快，同時(shí)功能也需更加多樣。對(duì)應(yīng)的溫度傳感器、壓力傳感器的精度和數(shù)量也會(huì)同步提升。執(zhí)行速度加快意味著電機(jī)的功率也需提升，疊加48V低壓架構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于驅(qū)動(dòng)芯片而言，也就意味其耐壓等級(jí)也需要提升。

此外，隨著整車OTA的要求逐步提升，熱管理也需要進(jìn)行具備OTA的能力，這主要體現(xiàn)在控制部分。

對(duì)于與域控深度集成的方案，域控制器中所要求的功能安全、信息安全也會(huì)影響熱管理相關(guān)芯片的選型。

上述更多的是技術(shù)層面的影響，更多的要求芯片企業(yè)需要及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品方向，加快產(chǎn)品速度，以相應(yīng)市場(chǎng)的需求。

對(duì)于芯片企業(yè)而言，除技術(shù)本身外還需關(guān)注價(jià)值流的變化。

在域集中的技術(shù)趨勢(shì)以及整車企業(yè)全棧自研的商業(yè)趨勢(shì)下，新的供應(yīng)模式正在被重塑。典型表現(xiàn)為，整車企業(yè)直接主導(dǎo)熱管理方案的開發(fā)以及芯片方案的選型，而非如以往一樣需完全有Tier1提供。在上述方案介紹中，可以明顯的看出整車主導(dǎo)的熱管理方案更強(qiáng)調(diào)與自身電子電氣架構(gòu)兼容，形式上也更傾向集成化控制方案，這與Tier1主導(dǎo)的方案存在很大的差異。

在這種模式下，整車企業(yè)將一定程度決定芯片的選型，甚至是基于自身需求進(jìn)行一定的定制化芯片方案需求。

這就要求芯片企業(yè)需要從此前國(guó)產(chǎn)化替代路徑中快速升級(jí)改變。首先從微創(chuàng)新做起，即在不改變現(xiàn)有芯片規(guī)格、功能的基礎(chǔ)上針對(duì)客戶需求進(jìn)行一些初步的性能升級(jí)，以提升客戶產(chǎn)能實(shí)力。

長(zhǎng)期來看，定制化芯片需求有可能會(huì)成為常態(tài)。但熱管理相關(guān)芯片單價(jià)普遍較低，因此對(duì)于芯片企業(yè)而言，在面對(duì)定制化需求時(shí)，一方面考驗(yàn)其自身新產(chǎn)品開發(fā)能力，另一方面也對(duì)其成本控制提出更加苛刻的要求。

納芯微一直致力于車規(guī)半導(dǎo)體芯片的開發(fā)，自2022年以來，車規(guī)芯片已經(jīng)累計(jì)出貨超過4億顆。在熱管理領(lǐng)域，目前產(chǎn)品已經(jīng)完成CAN/LIN收發(fā)器芯片，多種類型驅(qū)動(dòng)芯片，傳感器、電源以及集成式SoC的等多種芯片類型。豐富的產(chǎn)品分布一方面與廣大客戶保持了良好的合作關(guān)系，另一方面也展示了自身的技術(shù)研發(fā)實(shí)力。這也為未來的定制化芯片開發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)。據(jù)悉，納芯微下一步即將推出基于現(xiàn)有方案的微創(chuàng)新產(chǎn)品，逐步向定制化產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)。

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