電動(dòng)汽車 （EV） 革命正在加速邁向更可持續(xù)未來(lái)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 12 伏的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器為低壓電子設(shè)備供電；用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的 DC/AC 牽引逆變器，通常是三相電動(dòng)機(jī)，為車輪供電，AC/DC 轉(zhuǎn)換器用于在制動(dòng)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(dòng)乘用車上路。隨著未來(lái)十年電動(dòng)汽車的快速普及，對(duì)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(diǎn)討論的主題包括電動(dòng)汽車如何進(jìn)入主流市場(chǎng)、幫助汽車行業(yè)減少碳足跡，以及 ADI 的技術(shù)如何幫助為 Rimac 于 2021 年推出的全電動(dòng) C_Two 模型超級(jí)跑車提供動(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 Roger Atkins 主持。小組成員包括 ADI 公司汽車、通信和航空航天與國(guó)防高級(jí)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(dòng)汽車的各個(gè)技術(shù)方面。

亨德森通過(guò)強(qiáng)調(diào)過(guò)去幾年電動(dòng)汽車市場(chǎng)的巨大變化來(lái)打開面板。他們已經(jīng)從具有可持續(xù)性優(yōu)勢(shì)的新技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)槠囀袌?chǎng)真正的性能領(lǐng)導(dǎo)者，正如純電動(dòng)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(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，”亨德森指出。“原始設(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(jì)人員在電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車中提高能量轉(zhuǎn)換效率的重點(diǎn)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(jì)參數(shù)不同，涉及功率水平、轉(zhuǎn)換效率、車輛動(dòng)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(jì)中的性能關(guān)鍵是電池和推進(jìn)系統(tǒng)。“真正的關(guān)鍵是擁有一個(gè)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(shuō)。

正如阿特金斯所指出的：沒有控制，權(quán)力就無(wú)從談起。他補(bǔ)充說(shuō)：“現(xiàn)在所有重要的部分，無(wú)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(huì)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(lái)克服這些障礙。”

市場(chǎng)正在繼續(xù)加速電氣化。Gracin 指出了當(dāng)市場(chǎng)不可避免地轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車時(shí)需要考慮的三個(gè)方面。第一個(gè)是能量存儲(chǔ)，這是由電池組的密度決定的。第二個(gè)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(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。

正如摩根所說(shuō)，毫無(wú)疑問(wèn)，大流行對(duì)汽車行業(yè)產(chǎn)生了重大影響。這場(chǎng)大流行極大地加速了技術(shù)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(yǔ)音識(shí)別等功能已成為必備功能，”摩根說(shuō)。

他補(bǔ)充說(shuō)：“電動(dòng)汽車的駕駛室非常安靜，你會(huì)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(yàn)。”

另一個(gè)需要考慮的方面是電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，即電動(dòng)汽車每次充電可以行駛的距離。摩根指出，這不僅可以通過(guò)電池本身實(shí)現(xiàn)，還可以通過(guò)控制電池的電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)。他補(bǔ)充說(shuō)：“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(diǎn)電量，從而降低整體能耗。這對(duì)消費(fèi)者真的有好處，對(duì)電網(wǎng)也有好處。”

阿特金斯質(zhì)疑的一個(gè)問(wèn)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)汽車和我們所知道的經(jīng)典汽車）之間的主要區(qū)別之一，因?yàn)樗c電池有關(guān)，以及電池使用后會(huì)發(fā)生什么。傳統(tǒng)車輛使用熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，并有一個(gè)蓄電池來(lái)點(diǎn)燃它并以降低的電流為車載服務(wù)供電，而電動(dòng)汽車則用高壓和大容量電池組代替熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。在比較這兩種車輛的環(huán)境影響時(shí)，您需要考慮二氧化碳排放量，這是其生命周期每個(gè)階段的能源消耗的函數(shù)：原材料采購(gòu)、生產(chǎn)、使用、處置和回收。

Gracin 指出，無(wú)論是在設(shè)計(jì)中還是在整個(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(shí)，里面的模塊和電池仍然可以用于能量存儲(chǔ)。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(gè)方向發(fā)展，”Gracin 說(shuō)。

無(wú)線電池管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵因素。無(wú)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(gè)電子系統(tǒng)，用于完全控制所有診斷和安全功能，以管理車載高壓和平衡電荷。

ADI 最近推出了用于量產(chǎn)電動(dòng)汽車的無(wú)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)影響電池壽命內(nèi)的范圍和準(zhǔn)確性。

“這項(xiàng)技術(shù)的直接目標(biāo)是可持續(xù)性，不僅因?yàn)樗耆司€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(jì)，這樣當(dāng)您進(jìn)入第二次生命時(shí)，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(shì)之外，wBMS 還提供了一種不同的方式來(lái)構(gòu)建電池組。在電池單元和模塊級(jí)別通過(guò)持續(xù)健康狀態(tài)計(jì)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(shí)的剩余價(jià)值，”摩根說(shuō)。

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電池

電池是任何電動(dòng)汽車的核心，成本和重量等因素是每個(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，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(jì)知識(shí)，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(duì)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(guò)去 10 年左右的時(shí)間，我一直從事這項(xiàng)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(gè)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(gè)電池。由于重點(diǎn)是性能，我們確實(shí)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(jì)的極限。因此，需要進(jìn)行大量創(chuàng)新以確保電氣化的未來(lái)，”Gracin 說(shuō)。

另一方面，摩根強(qiáng)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(dòng)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(gè)方面是每輛以電池為主導(dǎo)的電動(dòng)汽車的成本。未來(lái)2-3 年，電動(dòng)汽車的成本將與內(nèi)燃機(jī)汽車相媲美。

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電動(dòng)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(lái)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(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，確保高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能量存儲(chǔ)密度、接近于零的自損耗電流，以及在幾分鐘而不是幾小時(shí)內(nèi)充電的能力。

預(yù)計(jì)未來(lái)幾年電動(dòng)汽車的采用將大幅增長(zhǎng)，這將通過(guò)市場(chǎng)價(jià)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。或幾乎完全充電），以及該地區(qū)充電站的可用性不斷增加。