電動(dòng)汽車（EV）的革命：用于生產(chǎn)電動(dòng)汽車的無線BMS解決方案

電動(dòng)汽車（EV）的革命正在加速朝著更可持續(xù)的未來發(fā)展的趨勢(shì)。電動(dòng)汽車至少使用三種類型的電子單元進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換：從高壓到12v的DC / DC轉(zhuǎn)換器為低壓電子設(shè)備供電；一個(gè)DC / AC牽引逆變器來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，通常是一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)為車輪供電；以及一個(gè)AC / DC轉(zhuǎn)換器，用于在制動(dòng)能量回收期間以及從標(biāo)準(zhǔn)的住宅充電或大功率充電中對(duì)汽車電池進(jìn)行充電站（用于快速充電）。

根據(jù)世界經(jīng)濟(jì)論壇的數(shù)據(jù)，到2030年，將有2.15億輛電動(dòng)乘用車上路。隨著電動(dòng)汽車在未來十年的迅速普及，對(duì)支持技術(shù)的需求將繼續(xù)增長(zhǎng)。

ADI（Analog Devices，ADI）和Rimac進(jìn)行了虛擬討論，討論的主題包括：電動(dòng)車如何進(jìn)入主流市場(chǎng)，幫助汽車行業(yè)減少碳足跡，以及ADI公司的技術(shù)如何為Rimac的全電動(dòng)C_Two模型超級(jí)汽車提供動(dòng)力。

討論由電動(dòng)汽車影響者兼電動(dòng)汽車展望創(chuàng)始人羅杰·阿特金斯（Roger Atkins）主持。小組討論嘉賓包括Analog Devices汽車，通信以及航空航天與國(guó)防部門的高級(jí)副總裁Greg Henderson；ADI公司汽車業(yè)務(wù)副總裁Patrick Morgan；以及Rimac組件研發(fā)總監(jiān)Matija Gracin。他們討論了電動(dòng)汽車的各個(gè)技術(shù)方面。

亨德森通過重點(diǎn)介紹電動(dòng)車市場(chǎng)在過去幾年中發(fā)生的巨大變化來打開面板。他們已經(jīng)從具有可持續(xù)發(fā)展優(yōu)勢(shì)的技術(shù)新穎轉(zhuǎn)變?yōu)槌蔀槠囀袌?chǎng)上真正的性能領(lǐng)導(dǎo)者，這證明了純電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)OEM在該領(lǐng)域的巨額投資，并導(dǎo)致了汽車制造商與供應(yīng)商關(guān)系的轉(zhuǎn)變

亨德森指出：“變革的步伐以及電動(dòng)汽車所需的新解決方案和創(chuàng)新，已經(jīng)挑戰(zhàn)了原始設(shè)備制造商與其技術(shù)供應(yīng)商之間的傳統(tǒng)線性關(guān)系?！薄?OEM現(xiàn)在正在更直接地工作，并且與技術(shù)公司之間的合作越來越緊密?！?/p>

電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車的設(shè)計(jì)者為提高能量轉(zhuǎn)換效率而努力，他們的目標(biāo)是配備緊湊封裝和組裝的高熱可靠性電力電子模塊，并減少開關(guān)損耗。設(shè)計(jì)參數(shù)是不同的，涉及功率水平，轉(zhuǎn)換效率，車輛動(dòng)力總成系統(tǒng)中的工作溫度，散熱能力和系統(tǒng)封裝。

EV設(shè)計(jì)中的性能關(guān)鍵是電池和推進(jìn)系統(tǒng)。亨德森說：“真正的關(guān)鍵是擁有一個(gè)電池管理系統(tǒng)或BMS，它可以準(zhǔn)確地監(jiān)控充電狀態(tài)并以非常有效的方式將能量從電池傳輸?shù)酵七M(jìn)系統(tǒng)?！?/p>

正如阿特金斯（Atkins）所指出的：沒有控制，力量就什么也不是。他補(bǔ)充說：“現(xiàn)在，所有必不可少的部分，無論是連接的，自治的還是共享的，都需要大量的精力，并且需要確保它們都有效而穩(wěn)健地工作。就采用而言，我們當(dāng)然會(huì)看到更多有關(guān)電動(dòng)化和逐步淘汰內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)的公告和討論。但是，我們需要考慮加速采用該技術(shù)的障礙，并提出克服這些障礙的解決方案。”

市場(chǎng)正在繼續(xù)加速向電氣化邁進(jìn)。Gracin指出了隨著市場(chǎng)無情地轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車需要考慮的三個(gè)方面。首先是能量存儲(chǔ)，這取決于電池組的密度。第二個(gè)是效率，它不僅與電池組有關(guān)，而且與涉及轉(zhuǎn)換和管理低電壓和高電壓的一切有關(guān)。第三是基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)大眾市場(chǎng)客戶的采用至關(guān)重要：充電站，維修和服務(wù)站。

正如摩根所言，毫無疑問，大流行對(duì)汽車業(yè)產(chǎn)生了重大影響。這種流行病大大加速了技術(shù)的發(fā)展。出色的駕駛體驗(yàn)已成為當(dāng)務(wù)之急。不僅是汽車的行駛方式，還包括您在車內(nèi)的感覺。因此，沉浸式3D聲音，麥克風(fēng)陣列和語音識(shí)別等功能已成為必備條件?！?/p>

他補(bǔ)充說：“電動(dòng)車的車廂是如此安靜，您會(huì)注意到更多的道路噪音。因此，我們開發(fā)了一種可以消除道路噪音并為駕駛員帶來真正身臨其境，令人愉悅的體驗(yàn)的技術(shù)?！?/p>

要考慮的另一個(gè)方面是EV的范圍，即EV每次充電可行駛的距離。Morgan指出，這不僅可以通過電池本身來實(shí)現(xiàn)，而且可以通過控制電池的電子設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。他補(bǔ)充說：“這些由電池管理系統(tǒng)（BMS）控制的電子設(shè)備必須非常準(zhǔn)確，以便首先對(duì)電池充滿電，然后再?gòu)碾姵刂杏行崛〕鲎詈笠稽c(diǎn)電荷，從而降低了整體能耗。這確實(shí)對(duì)消費(fèi)者有利，對(duì)電網(wǎng)也有利?！?/p>

阿特金斯（Atkins）質(zhì)疑的一個(gè)問題是電動(dòng)汽車的可持續(xù)性。電池顯然是兩類汽車（電動(dòng)汽車和我們所知的經(jīng)典汽車）之間的主要區(qū)別之一，因?yàn)樗c電池有關(guān)，并且在電池耗盡后會(huì)發(fā)生什么。傳統(tǒng)車輛使用熱引擎并具有蓄電池來點(diǎn)燃它，并以減小的電流為車載服務(wù)供電，而電動(dòng)汽車則用高壓和大容量的電池組代替了熱引擎。在比較兩種類型的車輛對(duì)環(huán)境的影響時(shí)，您需要考慮二氧化碳的排放，二氧化碳在其生命周期的每個(gè)階段都是能耗的函數(shù)：原材料采購(gòu)，生產(chǎn)，使用，處置和回收。

Gracin指出，在設(shè)計(jì)和整個(gè)產(chǎn)品生命周期中都需要遵守許多法規(guī)。他還強(qiáng)調(diào)了電池回收和再利用的趨勢(shì)。

電池組有第二生命。一旦它們停止?jié)M足在汽車上使用的性能要求，它們便可以在許多其他應(yīng)用程序中重復(fù)使用。當(dāng)您將汽車電池拆開時(shí)，內(nèi)部仍存在可用于存儲(chǔ)能量的模塊和電池。我們看到像雷諾·日產(chǎn)這樣的大型OEM朝著這個(gè)方向發(fā)展?！?Gracin說。

無線BMS

電池管理系統(tǒng)是電動(dòng)交通的關(guān)鍵因素。無線技術(shù)的加入使它非常有吸引力，但需要多加注意。BMS是一個(gè)電子系統(tǒng)，用于完全控制所有診斷和安全功能，以管理車輛上的高壓和平衡電荷。

ADI最近推出了用于生產(chǎn)電動(dòng)汽車的無線BMS解決方案。它可以消除傳統(tǒng)的線束，提高設(shè)計(jì)靈活性和可制造性，而不會(huì)影響電池壽命范圍內(nèi)的范圍和精度。

“這項(xiàng)技術(shù)直接針對(duì)可持續(xù)性，不僅因?yàn)樗怂芯€束，而且消除了與之相關(guān)的所有制造和復(fù)雜性。它還使電池組能夠以模塊化，可擴(kuò)展的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此，當(dāng)您進(jìn)入第二人生時(shí)，您可以將這些電池組用于特定的應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行匹配，然后以某種方式重新配置它們第二人生的感覺。除了重量和靈活性方面的優(yōu)勢(shì)，wBMS還提供了一種不同的方式來構(gòu)造電池組。摩根大通表示，通過在電池單元和模塊級(jí)別進(jìn)行連續(xù)的健康狀態(tài)計(jì)算而獲得的數(shù)據(jù)可用于更準(zhǔn)確地確定電池組進(jìn)入其第二次使用階段時(shí)的剩余價(jià)值?！?/p>

電動(dòng)汽車中的無線電池管理系統(tǒng)（來源：ADI）

電池

電池是任何電動(dòng)汽車的核心，而成本和重量等因素則是每個(gè)挑戰(zhàn)的核心。電池和電池相關(guān)技術(shù)的重要性如何？

Gracin指出，當(dāng)前的化學(xué)方法是如何達(dá)到某種極限的，而根據(jù)設(shè)計(jì)方面的最新知識(shí)，我們達(dá)到90％。必須更換電池以取得更好的結(jié)果并應(yīng)對(duì)綠色能源挑戰(zhàn)。

Gracin指出了當(dāng)前電池如何達(dá)到某種極限。電池的新挑戰(zhàn)將以達(dá)到更好的結(jié)果和支持綠色能源挑戰(zhàn)為目標(biāo)。

回顧過去十年左右的時(shí)間，直到我從事這項(xiàng)業(yè)務(wù)時(shí)，事情并沒有很多改變。關(guān)于鋰離子和固態(tài)電池的討論今天和十年前是一樣的。我們真的從電池中擠出了所有東西，努力在包裝內(nèi)放入兩毫米，只是為了在其中放一個(gè)額外的電池。由于重點(diǎn)在于性能，因此我們確實(shí)確實(shí)需要在其中放置盡可能多的電池以提取盡可能多的功率，但是當(dāng)前的設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)到了極限。因此，要確保電氣化的未來，將需要進(jìn)行大量的創(chuàng)新。” Gracin說。

另一方面，摩根強(qiáng)調(diào)了如何開發(fā)多種化學(xué)物質(zhì)，以及完全不含鈷的磷酸鋰鐵（LFP）。

電動(dòng)汽車需要某種類型的電池和高能量密度。該技術(shù)可以支持多種電池，這一點(diǎn)很重要。要考慮的第二個(gè)方面是每個(gè)以電池為主導(dǎo)的電動(dòng)汽車的成本。在接下來的2-3 年中，電動(dòng)汽車的成本將與內(nèi)燃機(jī)的價(jià)格相當(dāng)。

結(jié)論

汽車供應(yīng)鏈無疑正在發(fā)生變化，不僅在電子方面，而且最重要的是在機(jī)械方面。電池和軟件變得越來越重要。當(dāng)今，典型的高端車輛具有大約1億行軟件代碼。這是一個(gè)巨大的軟件平臺(tái)。除此之外，電池管理技術(shù)也很重要。

電池是電動(dòng)汽車的基本關(guān)鍵特征，確保有效的充電管理是電動(dòng)汽車正確運(yùn)行的基本要素。

電池必須具有非常高的儲(chǔ)能密度，近零的自損耗電流以及能夠在數(shù)分鐘而不是數(shù)小時(shí)內(nèi)充電的能力。

預(yù)計(jì)在未來幾年內(nèi)，電動(dòng)汽車的采用率將大幅增長(zhǎng)，而市場(chǎng)價(jià)格的下降，不同充電系統(tǒng)所提供的可能性（例如快速充電，則需要數(shù)十分鐘才能完全充電）將加速這種增長(zhǎng)。或幾乎完全充電），以及該地區(qū)充電站的可用性不斷提高。

編輯：hfy