汽车上的传感器有很多种，比如压力传感器、曲轴位置传感器、氧传感器、爆震传感器等等。然而，在汽车“电动化”的发展浪潮下，许多与内燃机相关的传感器在废弃了燃烧做功这一复杂的物理过程后，面临着市场萎缩的风险。
相反，一种传感器的使用量不减反增，变得越来越重要，甚至是电气化浪潮下的最大受益者。它不新潮，能像lidar一样吸引很多初创企业和资本，不涉及复杂的算法和AI，但也有很好的市场前景。
它是电流传感器。
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以前汽车中电流传感器的主要作用是用在12V电池的电池管理系统中。
随着电动汽车的快速普及，出现了一些全新的“管理系统”，如DCDC、车载充电器、电机逆变器、高压电池管理系统等，这无疑给当前的传感器厂商带来了新的市场发展潜力。
同时，随着电动汽车周边充电设备的全面推广，基础设施中需要更多相关的电流传感器。这些新系统将平均带来1-3个新的传感器测试点。
所以目前传感器市场的增速可能会超过电动车市场的增速。
根据IHS Markit的报告，汽车电流传感器市场将从2018年的约3亿美元增长到2030年的20亿美元，年复合增长率为16%，不考虑充电设备的营销。
图片来源：Melexis
技术路线和趋势
电流的测量有两种物理方法：电阻法和磁效应法。
电阻法根据欧姆定律，利用高精度、低电阻、低温度系数的TCR电阻来设计分流器。该方法具有精度高、线性度好、误差小、抗电磁干扰能力高等优点，并且可以根据母线定制，充分利用空间，便于系统集成。这是小电流情况下很常见的设计方法。其缺点是属于接触式设计，对大电流条件下的电气隔离设计提出了挑战。
图片来源：Isabellenhuette
磁效应法也可分为霍尔、磁通门、磁阻效应(xMR)三种方法。三种方案都具有非接触测量的优点。
图片来源：LEM
霍尔方案：该方案基于霍尔效应，在通电导线上设置磁环，嵌入霍尔元件，通过检测导线电流产生的磁场来测量导线的电流。霍尔方案可以细分为开环霍尔和闭环霍尔，如下图所示。闭环方案虽然精度高但成本高，在汽车行业相关领域应用较少，而开环方案在汽车领域已经使用多年，设计成熟度高，成本低。虽然精度相对较低，但仍是目前主流的应用方案。
图片来源：LEM，左图为闭环大厅，右图为开环大厅。
磁通门方案：磁通门技术主要是利用易饱和磁芯在外部励磁电流作用下产生的磁通量的变化来间接检测被测电流的方法。与霍尔方案相比，它具有精度高、误差小的优点。随着电池管理系统BMS对电流采样精度要求的提高，一些厂商也在从霍尔方案向磁通门方案转变。它的缺点是成本比较高。
磁阻效应方案：顾名思义，磁阻效应方案是利用磁性材料在外部电流产生的磁场作用下电阻的变化来检测电流。XMR传感器还可以细分为三种：各向异性磁电阻效应(AMR)、巨磁电阻效应(GMR)和隧道磁电阻效应(TMR)。在电流测量方面，它们相对于霍尔方案的最大优势在于高测量精度和高带宽。随着宽带隙半导体器件SiC/GaN的引入，电机逆变器将具有更高的开关频率，这对电流测量带宽提出了更高的要求，也是xMR技术的良好机遇。目前，一些制造商，如TDK-micronas、Aceinna、sensitec和Allegro Microsystem，已经推出了基于xMR技术的电流传感器芯片。
图片来源：Aceinna AMR电流传感器
如上所述，目前传感器的技术路线多种多样，根据不同应用的需要也各有侧重。这里我简单地做一个分类和归纳：
对于目前的12V电池BMS管理系统，电流传感器方案将从传统的霍尔方案逐渐集成温度测量功能。同时，由于启停系统等一些新功能的引入，对最大电流、精度和误差提出了更高的要求。分流方案仍是行业主流，且比例在扩大。
对于电机逆变器来说，交流端电流测量的精度要求不是特别高，功能安全和信号质量最重要，所以业内采用的主流方案是比较成熟的霍尔方案。
对于高压锂电池的BMS管理系统，目前业界更关注DC测量的准确性和0安培偏置特性。同时，出于设计冗余的考虑，厂家往往采用一套主电流传感器和一套冗余电流传感器，并且往往要求这两套测量系统基于不同的测量原理。主传感器可以使用例如分流器或磁通门传感器，而冗余电流传感器采用霍尔方案。
磁阻xMR技术虽然在测量精度、带宽、电气隔离等方面有优势，但相对较新，汽车行业也没有太多推广应用的经验，所以慢慢被接受。对此，笔者曾听说业界Tier-1采用各向异性磁阻效应(AMR)技术检测逆变器的DC端，但最终出于设计成熟度的考虑，AMR被霍尔方案取代。然而，几个不遗余力推广xMR用于电流检测的厂商，如Aceinna、TDK-micronas和sensitec，也只是偶尔听说它在OBC和充电设备上被采用，远不如它作为位置/角度传感器的推广。
主要供应商
车用电阻的供应商有很多，如Vishay(美国伟世通)、Yageo(台湾郭巨)、Rohm(日本罗马)等。但大多数只提供第2/3层的无源元件。能够垂直整合为Tier-1/2提供整体方案的公司并不多，Isabellenhtte(德国伊莎贝灵辉特)在这方面做的比较好。LEM也有智能分流解决方案，但主要用于12V电池管理。
磁效应电流传感器按其产品形式可细分为电流传感器芯片和电流传感器(模块)。
电流传感芯片供应商相对较多，技术流派多样。他们可以作为三级供应商向LEM等模块制造商供货，或者直接向Bosch和Continental Group等一级供应商供货。目前基于霍尔效应的芯片供应商主要有Melexis、旭化成微电子AKM、Allegro Microsystems、TDK、英飞凌等企业。基于AMR技术的产品供应商，目前在业界比较有名的有Sensitec、Aceinna等企业；基于GMR技术的企业是Allegro Microsystems；基于TMR技术的企业包括TDK、Crocus technology和Ximi Technology。
磁效应电流传感器(模块)的主要制造商有LEM、Kohshin(日本沈嘉电气)和比亚迪微电子。其中最著名的是LEM。这款来自瑞士的隐形冠军在2020/2021财年的总营业额约为3亿瑞士法郎，其中汽车市场的营业额达到7500万瑞士法郎，年增长率为12%。目前在磁效应电流传感器细分领域处于主导地位，最大的竞争对手往往来自客户内部的自研产品。在国内市场，比亚迪微电子也表现不俗，出货量接近百万，并已开始对外供货。
对于模组供应商来说，除了产品本身的技术特性，主机厂还看重产品的定制性、集成性和可扩展性。如下图所示，德国的Issa和LEM都把能够提供定制化、便于总线集成的传感器作为自己的竞争优势。
图片来源：Isabellenhtte
图片来源：LEM
对于磁效应电流传感器路线的公司，可以向定制传感器方向发展，提供高附加值产品，或者提供标准件，积极布局半导体封装设计。
今天汽车行业的“电气化浪潮”堪比IT革命：这场猛烈的电气化浪潮催生了大量基于电气化、电池、轻量化、半导体传感器、充电桩、热管理的“硬核技术”。
相对于其他“富有想象力”的热门产品，目前传感器的研发显得极为低调和简单。
但如果仔细研究，我们很容易发现这里面有很多门道，技术门槛也不低。需要多年的材料技术和生产工艺的积累，才能保质保量的做出这款产品。
这种细分轨迹会随着“电气化”和“电流传感器”的东风成长到什么规模和程度？
让我们拭目以待！
特约撰稿：陈
作者简介：坐标欧洲，多年汽车行业经验。目前，他是一家世界知名咨询公司的首席分析师，主要关注汽车技术领域。
