電動汽車技術(shù)與市場概覽

電動汽車 （EV） 革命正在加速邁向更可持續(xù)未來的趨勢。電動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 12 伏的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器為低壓電子設(shè)備供電；用于驅(qū)動電動機(jī)的 DC/AC 牽引逆變器，通常是三相電動機(jī)，為車輪供電，AC/DC 轉(zhuǎn)換器用于在制動能量回收期間以及標(biāo)準(zhǔn)住宅或大功率充電期間為車輛電池充電站（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 億輛電動乘用車上路。隨著未來十年電動汽車的快速普及，對配套技術(shù)的需求將繼續(xù)增加。

ADI 公司 （ADI） 和 Rimac 舉行了一次虛擬討論，重點討論的主題包括電動汽車如何進(jìn)入主流市場、幫助汽車行業(yè)減少碳足跡，以及 ADI 的技術(shù)如何幫助為 Rimac 于 2021 年推出的全電動 C_Two 模型超級跑車提供動力。

討論由電動汽車影響者兼電動汽車展望創(chuàng)始人 Roger Atkins 主持。小組成員包括 ADI 公司汽車、通信和航空航天與國防高級副總裁 Greg Henderson；ADI 汽車部副總裁 Patrick Morgan；和 Rimac 組件研發(fā)總監(jiān) Matija Gracin。他們討論了電動汽車的各個技術(shù)方面。

亨德森通過強調(diào)過去幾年電動汽車市場的巨大變化來打開面板。他們已經(jīng)從具有可持續(xù)性優(yōu)勢的新技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)槠囀袌稣嬲男阅茴I(lǐng)導(dǎo)者，正如純電動汽車和傳統(tǒng)原始設(shè)備制造商在該領(lǐng)域的巨額投資所證明的那樣，并導(dǎo)致汽車制造商和供應(yīng)商關(guān)系的轉(zhuǎn)變

“變化的步伐，以及電動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，”亨德森指出?！霸荚O(shè)備制造商現(xiàn)在更直接地工作，并與技術(shù)公司進(jìn)行更緊密的合作。”

設(shè)計人員在電動和混合動力汽車中提高能量轉(zhuǎn)換效率的重點是配備緊湊封裝和組裝的高熱可靠性電力電子模塊的設(shè)備，并降低開關(guān)損耗。設(shè)計參數(shù)不同，涉及功率水平、轉(zhuǎn)換效率、車輛動力總成系統(tǒng)的工作溫度、熱能耗散能力和系統(tǒng)封裝。

EV 設(shè)計中的性能關(guān)鍵是電池和推進(jìn)系統(tǒng)?！罢嬲年P(guān)鍵是擁有一個電池管理系統(tǒng) - 或 BMS - 能夠準(zhǔn)確監(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)，”亨德森說。

正如阿特金斯所指出的：沒有控制，權(quán)力就無從談起。他補充說：“現(xiàn)在所有重要的部分，無論是連接的、自主的還是共享的，都需要大量的精力，以確保它們都高效、穩(wěn)健地工作。就采用而言，我們肯定會看到更多關(guān)于電氣化道路和逐步淘汰內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)的公告和討論。但我們需要考慮仍然阻礙這種加速采用的障礙，并提出解決方案來克服這些障礙?！?/p>

市場正在繼續(xù)加速電氣化。Gracin 指出了當(dāng)市場不可避免地轉(zhuǎn)向電動汽車時需要考慮的三個方面。第一個是能量存儲，這是由電池組的密度決定的。第二個是效率，它不僅與電池組有關(guān)，還與涉及如何轉(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，這對大眾市場客戶的采用至關(guān)重要：充電站、維修和服務(wù)站。

正如摩根所說，毫無疑問，大流行對汽車行業(yè)產(chǎn)生了重大影響。這場大流行極大地加速了技術(shù)發(fā)展?！俺錾鸟{駛體驗已成為當(dāng)務(wù)之急。不僅是汽車的駕駛方式，還有您在車內(nèi)的感受。因此，身臨其境的 3D 聲音、麥克風(fēng)陣列和語音識別等功能已成為必備功能，”摩根說。

他補充說：“電動汽車的駕駛室非常安靜，你會注意到更多的道路噪音。因此，我們開發(fā)了一種技術(shù)，可以消除道路噪音，為駕駛員提供真正身臨其境的愉悅體驗?！?/p>

另一個需要考慮的方面是電動汽車的續(xù)航里程，即電動汽車每次充電可以行駛的距離。摩根指出，這不僅可以通過電池本身實現(xiàn)，還可以通過控制電池的電子設(shè)備實現(xiàn)。他補充說：“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，以便首先將電池充滿電，然后有效地從中提取最后一點電量，從而降低整體能耗。這對消費者真的有好處，對電網(wǎng)也有好處?！?/p>

阿特金斯質(zhì)疑的一個問題是電動汽車的可持續(xù)性。電池顯然是兩類汽車（電動汽車和我們所知道的經(jīng)典汽車）之間的主要區(qū)別之一，因為它與電池有關(guān)，以及電池使用后會發(fā)生什么。傳統(tǒng)車輛使用熱力發(fā)動機(jī)，并有一個蓄電池來點燃它并以降低的電流為車載服務(wù)供電，而電動汽車則用高壓和大容量電池組代替熱力發(fā)動機(jī)。在比較這兩種車輛的環(huán)境影響時，您需要考慮二氧化碳排放量，這是其生命周期每個階段的能源消耗的函數(shù)：原材料采購、生產(chǎn)、使用、處置和回收。

Gracin 指出，無論是在設(shè)計中還是在整個產(chǎn)品生命周期中，都需要遵守許多法規(guī)。他還強調(diào)了電池回收和再利用的趨勢。

“電池組有第二次生命。一旦它們不再滿足用于汽車的性能要求，它們就可以重新用于許多其他應(yīng)用。當(dāng)你拆開汽車電池時，里面的模塊和電池仍然可以用于能量存儲。我們看到一些像雷諾日產(chǎn)這樣的大型原始設(shè)備制造商正在朝這個方向發(fā)展，”Gracin 說。

無線電池管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)是電動汽車的關(guān)鍵因素。無線技術(shù)的加入使其非常有吸引力，但需要非常小心。BMS 是一個電子系統(tǒng)，用于完全控制所有診斷和安全功能，以管理車載高壓和平衡電荷。

ADI 最近推出了用于量產(chǎn)電動汽車的無線 BMS 解決方案。它可以消除傳統(tǒng)的線束，提高設(shè)計靈活性和可制造性，而不會影響電池壽命內(nèi)的范圍和準(zhǔn)確性。

“這項技術(shù)的直接目標(biāo)是可持續(xù)性，不僅因為它完全消除了線束，而且還消除了與之相關(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)展的方式設(shè)計，這樣當(dāng)您進(jìn)入第二次生命時，您就可以使用這些電池組，將它們與特定應(yīng)用相匹配，然后以某種方式重新配置它們感覺它的第二次生命。除了重量和靈活性優(yōu)勢之外，wBMS 還提供了一種不同的方式來構(gòu)建電池組。在電池單元和模塊級別通過持續(xù)健康狀態(tài)計算捕獲的數(shù)據(jù)可用于更準(zhǔn)確地確定電池組進(jìn)入第二生命階段時的剩余價值，”摩根說。

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電池

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

Gracin 指出，目前的化學(xué)已經(jīng)達(dá)到了某種極限，并且根據(jù)目前的設(shè)計知識，我們達(dá)到了 90%。電池必須改變才能取得更好的結(jié)果并應(yīng)對綠色能源挑戰(zhàn)。

Gracin 指出當(dāng)前電池已達(dá)到某種極限。電池面臨的新挑戰(zhàn)旨在取得更好的結(jié)果并支持綠色能源挑戰(zhàn)。

“回顧過去 10 年左右的時間，我一直從事這項業(yè)務(wù)，并沒有發(fā)生太多變化，今天關(guān)于鋰離子和固態(tài)電池的討論與十年前大致相同。我們真的從這個電池中擠出了所有東西，并努力在包裝內(nèi)挖出兩毫米，只是為了在那里多放一個電池。由于重點是性能，我們確實需要在其中放置盡可能多的單元以提取盡可能多的功率，但我們正在達(dá)到當(dāng)前設(shè)計的極限。因此，需要進(jìn)行大量創(chuàng)新以確保電氣化的未來，”Gracin 說。

另一方面，摩根強調(diào)了多種化學(xué)品的發(fā)展，以及完全不含鈷的磷酸鐵鋰 （LFP）。

電動汽車需要某種類型的電池和高能量密度。重要的是該技術(shù)可以支持范圍廣泛的電池。要考慮的第二個方面是每輛以電池為主導(dǎo)的電動汽車的成本。未來2-3 年，電動汽車的成本將與內(nèi)燃機(jī)汽車相媲美。

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電動汽車中的電池

結(jié)論

汽車供應(yīng)鏈肯定正在發(fā)生變化，不僅在電子方面，而且最重要的是在機(jī)械方面。電池正變得越來越重要，軟件也是如此。今天典型的高端汽車有大約 1 億行軟件代碼。它是一個巨大的軟件平臺。除此之外，電池管理技術(shù)也很重要。

電池是電動汽車的基本關(guān)鍵特征，確保高效的充電管理是電動汽車正確運行的基本要素。

電池必須具有非常高的能量存儲密度、接近于零的自損耗電流，以及在幾分鐘而不是幾小時內(nèi)充電的能力。

預(yù)計未來幾年電動汽車的采用將大幅增長，這將通過市場價格的下降、不同充電系統(tǒng)提供的可能性（例如快速充電，需要幾十分鐘才能完全充電）加速?；驇缀跬耆潆姡?，以及該地區(qū)充電站的可用性不斷增加?！　?/p>