电动汽车技术与市场概览

电动汽车 （EV） 革命正在加速迈向更可持续未来的趋势。电动汽车至少使用三种类型的电子单元进行能量转换：从高压到 12 伏的 DC/DC 转换器为低压电子设备供电；用于驱动电动机的 DC/AC 牵引逆变器，通常是三相电动机，为车轮供电，AC/DC 转换器用于在制动能量回收期间以及标准住宅或大功率充电期间为车辆电池充电站（用于快速充电）。

根据世界经济论坛的数据，到 2030 年，将有 2.15 亿辆电动乘用车上路。随着未来十年电动汽车的快速普及，对配套技术的需求将继续增加。

ADI 公司 （ADI） 和 Rimac 举行了一次虚拟讨论，重点讨论的主题包括电动汽车如何进入主流市场、帮助汽车行业减少碳足迹，以及 ADI 的技术如何帮助为 Rimac 于 2021 年推出的全电动 C_Two 模型超级跑车提供动力。

讨论由电动汽车影响者兼电动汽车展望创始人 Roger Atkins 主持。小组成员包括 ADI 公司汽车、通信和航空航天与国防高级副总裁 Greg Henderson；ADI 汽车部副总裁 Patrick Morgan；和 Rimac 组件研发总监 Matija Gracin。他们讨论了电动汽车的各个技术方面。

亨德森通过强调过去几年电动汽车市场的巨大变化来打开面板。他们已经从具有可持续性优势的新技术转变为汽车市场真正的性能领导者，正如纯电动汽车和传统原始设备制造商在该领域的巨额投资所证明的那样，并导致汽车制造商和供应商关系的转变

“变化的步伐，以及电动汽车所需的新解决方案和创新，已经挑战了原始设备制造商与其技术供应商之间的传统线性关系，”亨德森指出。“原始设备制造商现在更直接地工作，并与技术公司进行更紧密的合作。”

设计人员在电动和混合动力汽车中提高能量转换效率的重点是配备紧凑封装和组装的高热可靠性电力电子模块的设备，并降低开关损耗。设计参数不同，涉及功率水平、转换效率、车辆动力总成系统的工作温度、热能耗散能力和系统封装。

EV 设计中的性能关键是电池和推进系统。“真正的关键是拥有一个电池管理系统 - 或 BMS - 能够准确监控充电状态并以非常有效的方式将能量从电池传输到推进系统，”亨德森说。

正如阿特金斯所指出的：没有控制，权力就无从谈起。他补充说：“现在所有重要的部分，无论是连接的、自主的还是共享的，都需要大量的精力，以确保它们都高效、稳健地工作。就采用而言，我们肯定会看到更多关于电气化道路和逐步淘汰内燃机生产的公告和讨论。但我们需要考虑仍然阻碍这种加速采用的障碍，并提出解决方案来克服这些障碍。”

市场正在继续加速电气化。Gracin 指出了当市场不可避免地转向电动汽车时需要考虑的三个方面。第一个是能量存储，这是由电池组的密度决定的。第二个是效率，它不仅与电池组有关，还与涉及如何转换和管理低电压和高电压的一切有关。第三是基础设施，这对大众市场客户的采用至关重要：充电站、维修和服务站。

正如摩根所说，毫无疑问，大流行对汽车行业产生了重大影响。这场大流行极大地加速了技术发展。“出色的驾驶体验已成为当务之急。不仅是汽车的驾驶方式，还有您在车内的感受。因此，身临其境的 3D 声音、麦克风阵列和语音识别等功能已成为必备功能，”摩根说。

他补充说：“电动汽车的驾驶室非常安静，你会注意到更多的道路噪音。因此，我们开发了一种技术，可以消除道路噪音，为驾驶员提供真正身临其境的愉悦体验。”

另一个需要考虑的方面是电动汽车的续航里程，即电动汽车每次充电可以行驶的距离。摩根指出，这不仅可以通过电池本身实现，还可以通过控制电池的电子设备实现。他补充说：“这些由电池管理系统 （BMS） 控制的电子设备必须非常准确，以便首先将电池充满电，然后有效地从中提取最后一点电量，从而降低整体能耗。这对消费者真的有好处，对电网也有好处。”

阿特金斯质疑的一个问题是电动汽车的可持续性。电池显然是两类汽车（电动汽车和我们所知道的经典汽车）之间的主要区别之一，因为它与电池有关，以及电池使用后会发生什么。传统车辆使用热力发动机，并有一个蓄电池来点燃它并以降低的电流为车载服务供电，而电动汽车则用高压和大容量电池组代替热力发动机。在比较这两种车辆的环境影响时，您需要考虑二氧化碳排放量，这是其生命周期每个阶段的能源消耗的函数：原材料采购、生产、使用、处置和回收。

Gracin 指出，无论是在设计中还是在整个产品生命周期中，都需要遵守许多法规。他还强调了电池回收和再利用的趋势。

“电池组有第二次生命。一旦它们不再满足用于汽车的性能要求，它们就可以重新用于许多其他应用。当你拆开汽车电池时，里面的模块和电池仍然可以用于能量存储。我们看到一些像雷诺日产这样的大型原始设备制造商正在朝这个方向发展，”Gracin 说。

无线电池管理系统

电池管理系统是电动汽车的关键因素。无线技术的加入使其非常有吸引力，但需要非常小心。BMS 是一个电子系统，用于完全控制所有诊断和安全功能，以管理车载高压和平衡电荷。

ADI 最近推出了用于量产电动汽车的无线 BMS 解决方案。它可以消除传统的线束，提高设计灵活性和可制造性，而不会影响电池寿命内的范围和准确性。

“这项技术的直接目标是可持续性，不仅因为它完全消除了线束，而且还消除了与之相关的所有制造和复杂性。它还使电池组能够以模块化、可扩展的方式设计，这样当您进入第二次生命时，您就可以使用这些电池组，将它们与特定应用相匹配，然后以某种方式重新配置它们感觉它的第二次生命。除了重量和灵活性优势之外，wBMS 还提供了一种不同的方式来构建电池组。在电池单元和模块级别通过持续健康状态计算捕获的数据可用于更准确地确定电池组进入第二生命阶段时的剩余价值，”摩根说。

 

电池

电池是任何电动汽车的核心，成本和重量等因素是每个挑战的核心。电池和电池相关技术的重要性如何？

Gracin 指出，目前的化学已经达到了某种极限，并且根据目前的设计知识，我们达到了 90%。电池必须改变才能取得更好的结果并应对绿色能源挑战。

Gracin 指出当前电池已达到某种极限。电池面临的新挑战旨在取得更好的结果并支持绿色能源挑战。

“回顾过去 10 年左右的时间，我一直从事这项业务，并没有发生太多变化，今天关于锂离子和固态电池的讨论与十年前大致相同。我们真的从这个电池中挤出了所有东西，并努力在包装内挖出两毫米，只是为了在那里多放一个电池。由于重点是性能，我们确实需要在其中放置尽可能多的单元以提取尽可能多的功率，但我们正在达到当前设计的极限。因此，需要进行大量创新以确保电气化的未来，”Gracin 说。

另一方面，摩根强调了多种化学品的发展，以及完全不含钴的磷酸铁锂 （LFP）。

电动汽车需要某种类型的电池和高能量密度。重要的是该技术可以支持范围广泛的电池。要考虑的第二个方面是每辆以电池为主导的电动汽车的成本。未来2-3 年，电动汽车的成本将与内燃机汽车相媲美。

 

电动汽车中的电池

结论

汽车供应链肯定正在发生变化，不仅在电子方面，而且最重要的是在机械方面。电池正变得越来越重要，软件也是如此。今天典型的高端汽车有大约 1 亿行软件代码。它是一个巨大的软件平台。除此之外，电池管理技术也很重要。

电池是电动汽车的基本关键特征，确保高效的充电管理是电动汽车正确运行的基本要素。

电池必须具有非常高的能量存储密度、接近于零的自损耗电流，以及在几分钟而不是几小时内充电的能力。

预计未来几年电动汽车的采用将大幅增长，这将通过市场价格的下降、不同充电系统提供的可能性（例如快速充电，需要几十分钟才能完全充电）加速。或几乎完全充电），以及该地区充电站的可用性不断增加。　　

      审核编辑：彭静