LED車燈未來發展趨勢及應用分析
發布時間:2009-09-08
中心議題:
- 阻礙LED光源迅速開拓車用市場的不利因素
- LED的熱管理
- LED光源的車用優勢
- 削減構成組合燈具的LED光源數目
- 借助於"熱池"裝置把LED元件生成的熱量取出來
- LED大燈能利用光點陣列來組合出前照燈光
LED車前照燈在曆經近年來的技術驗證、概念車展示等開發階段之後,終於迎來了有望應用於量產車的入市前景,其標誌性事件有三個:豐田的淩誌LS600h是世界上首個采用LED前照光源的上市車,不過它隻在近光燈上應用了LED,遠程光源仍為鹵素燈。奧迪R8以全LED前照燈為其主要特色,而汽車照明采用的LED是由Lumileds和Osram公司提供。凱迪拉克EscaladePlatinum白金版多功能運動車,是首款采用LED前照燈的多功能運動車。
阻礙LED光源迅速開拓車用市場的不利因素
上述裏程碑式的事件是否意味著LED前照燈將立馬成為主宰車用光源領域的創新技術?據行家們預測:也許不會。因為就算是LED的成本能夠按照摩爾定律的預見速率持續下降,它要低到能與HID(高強度放電)氙燈匹敵的同等價位也尚需多年;而LED家族的成本若要降到能與鹵素燈不相上下,則需經過一段更加漫長的時間曆程。
據Hella(海拉)公司總裁Fischer稱,車用LED的規模目前僅占其光源市場百分之幾的小份額,故對向大批量的型號(諸如GM/雪佛蘭部的Malibu款之類車型)的配套供貨極感興趣。但LED欲達到向Malibu車型那樣大批量的供貨水平,尚需克服一係列的技術和成本難題,至少還有十年的曆程要走。
偉世通指出,LED入市的步伐的確比原先預料的要慢一些,我們在2004年曾預測:LED車燈會很快井噴入市,而把HID淘汰出局。顯然,目前的態勢並非如此,雖然一直期望LED技術能演進得比現實要快一點。看來成本高並非是阻礙LED麵市的唯一因素,仍然有技術性能方麵的挑戰性難題需要攻克。
比如,就單個光源而言,LED的光照強度仍顯不足。而單點不夠亮就難以達成下述如意盤算:削減構成組合燈具的LED光源數目將有助於縮小汽車燈具的占用空間且易於靈活布置,並可簡化照明係統的布線和安裝以及降低生產成本。
目前LED供應鏈的主流狀況是:海拉供給通用凱迪拉克Escalade車型的LED光源元件是向歐司朗(Osram)采購的;而小糸車燈(Koito)的LED則使用Nichia公司的光源產品,再配套於豐田的LS600h車型;飛利浦Lumileds把LED光源供應給AL(汽車照明)公司,再由後者為奧迪R8配置車燈係統。
據Koito的歐美經營部經理稱,他們不會劃地為牢而自我限定光源的種類及其采購廠商,無論產自於誰(飛利浦、歐司朗、或豐田Gosei)都可以買。顯然,照明係統部件的一級供貨商們試圖保持自身采購光源元器件的靈活性,想觀察一下:哪家器件廠商的產品技術能進步得最快、性價比最高。
當今LED批供貨品的光電轉換(光能密度)指標達到每瓦80流明(80lm/W)以上,而HID燈為90lm/W,鹵素燈則是201m/W。另據海拉通報:最新的LED研發原型的該項指標已高達161lm/W。海拉亦預測:在今後的3-5年間,發自同樣功耗芯片的LED光強度將會提升50%。此事不僅意味著LED燈具將更加明亮,而且體現了其能耗的削減,從而改善整車的燃油經濟性。
據估計,用LED取代鹵素燈具能提升整車的mpg(每加侖燃油的行駛英裏數)指標約0.25。而到歐洲實施白天開燈行駛法規時,更可把該mpg提升值擴大至0.5。淩誌的車型經理指出,應用LED燈具對整車燃油經濟性的改善將會有很大的貢獻。
然而,光強密度更高的LED也要散發出更多的熱量,而燈具的緊湊布置又使得可供散熱的麵積趨小。誠然屬半導體類別的低能耗LED器件的發熱比鹵素燈或HID燈具要少得多,但後者的熱量的大部分則是生成於燈具裝置之外的,而LED雖功耗低生熱少卻是要把熱量捂在微小的矽片裏麵來傳導的。
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LED的熱管理是個大難題
即使較小的熱量要集中到芯片大小的器件上去傳導和發散,因裝置的熱容量小也會引起LED溫度的驟升。LED的工作溫度必須保持在150℃以下的範圍。對該散熱問題的一種解決方案是:在一個燈具中使用數目較多的LED發光元件,讓單件的發熱量較小,再把它們布置在較大的空間內使其易於散熱。這就是小糸車燈在為豐田的淩誌LS600h配套前照燈時所采用的手法。
凱迪拉克EscaladePlatinum每個前照燈由7枚LED光管構成,其中5枚用於近程光束,另2枚則作為遠程光源。它們都帶有各自的主動式散熱裝置--冷卻風扇(與台式電腦中的內置小風扇類似)。
據海拉稱,熱管理是讓他們特別費心勞神的設計領域,在方案選擇上側重依靠虛擬仿真手段來評估優化,而在模擬工具(仿真軟件包)的選用上則必須通過足夠實驗數據的考證。他指出,對熱管理問題的挑戰不僅來自於熱傳導,可借助於"熱池"裝置把LEDyuanjiansuoshengchengdereliangquchulai,erqiehaiyaojiejuetongfengwenti,rangreliangcongdengjuzhuangzhilisanfachuqu。ruojinkaozirantongfengxianranshibugoude,suoyihailajuedinggeidengjujiashangneizhifengshan。
法雷奧的熱管理策略堪稱一絕。它為LED燈具設定了一種確保安全的工作模式,即當燈具的溫度升到預定的警戒值時,自動切換到削減燈具供電功率20%的該安保模式。據稱,這種程度的供電功率降低對燈光的亮度影響甚微,但卻能顯著地壓製住發熱水平。
LED光源的車用優勢
既然遭遇到上述的種種成本障礙和層層技術難關,為什麼整車廠商及其照明係統供應廠商仍然要咬定青山不放鬆地全力推進LED上馬入市呢?
其原因出於:這種新光源能夠使得汽車燈具的風格設計和造型布置具有空前的靈活性而適於車型的個性化,況且LED的光輸出功率密度已能夠與HID燈具匹敵,因此它極有希望把現存的其它照明技術統統淘汰出局而獨霸車燈市場。
據凱迪拉克EscaladePlatinum的車型產品經理稱,LED的發光色譜接近於日光,這使得它發出的光被物體(諸如道路交通的指示標牌/線)fanshedeyouxiaoxingyaogaoyuqitaguangyuan,congernengzaijiaoyuandejulirangsijijinzaofaxianertigaoxingcheanquan。tazhichu,lubiaojihudoucaiyongbeidonghuiguangdefanshefangshi,yinweiLED的光色近於日光,所以可以讓司機在夜間也像白天那樣方便地發現並看清交通標誌。
LED車燈的色溫為5500-6000K,它比其它光源的顏色更白,因為HID燈的淡藍光色溫是4000K,鹵素燈光為黃色3000K。所以在進行HID燈(deng)具(ju)的(de)光(guang)學(xue)設(she)計(ji)時(shi),需(xu)把(ba)光(guang)譜(pu)中(zhong)最(zui)藍(lan)的(de)部(bu)份(fen)推(tui)移(yi)至(zhi)其(qi)射(she)點(dian)光(guang)斑(ban)的(de)邊(bian)緣(yuan),因(yin)這(zhe)些(xie)區(qu)域(yu)是(shi)本(ben)車(che)司(si)機(ji)眼(yan)睛(jing)通(tong)常(chang)不(bu)去(qu)注(zhu)意(yi)的(de)地(di)方(fang),從(cong)而(er)減(jian)少(shao)該(gai)色(se)光(guang)對(dui)人(ren)眼(yan)的(de)不(bu)適(shi)幹(gan)擾(rao)。
但對於迎麵駛來的會車司機而言,仍在車輛越過該邊際區域時藍光會引起對方眩目而影響會車安全。在防眩目幹擾方麵,LED大燈擁有潛在的優勢:既能保護本車司機的舒適視覺,也不會引起鄰車/會車司機的視障。因豐田淩誌車的前照燈的近/遠程光采用了不同的光源(LED/鹵素燈),所以LS600h的車主可能會被不同光源的顯著色差所困擾。
對於AL(汽車照明)LED前照燈的另一大優勢是,歐盟已通過並將於2012年生效的DRL(日行燈)法規,它與加拿大的推薦式規定(允許白天用近光燈作為DRL)不同,歐盟法規是強製在白天使用前照燈的。隻要車輛處在行駛之中,就必須開前照燈,使得LED光源的低能耗、長壽命的優勢更明顯。
據法雷奧的CEO稱,另一種目前尚未兌現的潛能是:LED大燈能利用光點陣列來組合出前照燈光的主動式功能而毋需采用任何(目前此類裝置所必備的)運動部件。這樣的主動式照明係統(比如,隨轉向角度而變化光照射向的主動安保功能),有可能需要采用比以往所用過的數量更多的光管來構成點陣。法雷奧正按此思路著手研發更可靠的新型自適應前照燈係統。
海拉Fischer指出,照明係統的這種變化也符合並體現了當代汽車的機械裝置功能逐漸被(電子+電控+電動的)全電裝係統所取代的大趨勢。同一組LED陣列既可以作為前照大燈的光源,也同時可用於轉向燈,隻是在發揮不同照明功能時采用各自的光學鏡罩。
作為一般的轉向燈,隻須在車身兩側布置LEDzhenlie,zaijiashangjiandandekaiguangongnengjike。ruoyaofahuizhinengqianzhaodezhudonganbaozuoyong,rangqianzhaoguangshunengsuicheliangdezhuanxiangguijiertongbudizongshizhaoliangcheqiandedaolu,zexuyaobuzhijiaoduodeguangyuandianzhenbingcaiqugengfuzadeguangdiandiankong,anzhaozhuanxiangshurulaikongbianguangdianzhenliedeminganzuhejiqifanguangjing,congertongbudigaibianqianzhaoguangshudeshexiang。
總之,借用市場研究及谘詢機構StrategyAnalytics公司的AsifAnwar先生的話,LED前照燈雖然剛開始起步,但將是車用LED市場發展極快的領域。預計到2012年,LED前照燈市場將達到8000萬美元。LED必將以其卓越的安全性、可靠性、節能性及便於美學設計的特性,成為汽車照明係統的新寵,給汽車車燈的升級和革命帶來新的契機。
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