挥别续航里程焦虑,打造电动车优化充电策略

发布日期:2024-05-06     36 次

汽车产业经历了重大变革,终于迎来了软件定义汽车时代。软件实现了安全性、舒适性和永续性,这在十年前是不可能的。而随着的日益普及和自动驾驶汽车的出现,汽车业正在寻求快速应对挑战并保持创新的途径。

实验室模拟确保互操作性

在实验室中进行模拟,才是验证并确保桩互操作性的最佳方法。

关注发展,资策会MIC预估,2024年全球电动车市场规模为1,731万辆,较2023年成长23.5%;针对公共桩新增量,预估2024年因政策支持与电动车保有量提升,直流桩新增量达96万根、交流桩新增量达66万根。MIC产业顾问何心宇表示,汽车产业正面对平价化竞争、投资报酬不平衡、供应链话语权变革,以及中国大陆车厂崛起挑战,预期2024年将进入汰弱重整期,传统车厂将修正全面电动化的策略、新创车厂经营缩编重整以停损,而新进的资通讯业者则止步观望。

根据全球电动车站市场调查预测,充电站市场规模到2030年将达到121亿美元,2024年至2030年的年复合成长率(CAGR)将达到8.8%。

电动车的电力来源为车载电池,需要透过直流电来充电,不过目前的电力传输仍以交流电为主,因此要透过直流充电机或车载充电器将交流电转换为直流电,才能让直流电成功进入电池,为电动车充电。在插上充电电缆后,充电桩会先确认电动车充电模式与安全设定,也会全程监测充电过程,确保充电的安全性与效率。

全球汽车产业每年都会推出多达200多款的电动车,为此,世界各国已经制定好或正在制定不同的电动车标准,以因应不同的需求和应用。在真实世界中,要对所有组合进行测试,是不切实际的想法。而在实验室中进行模拟,才是验证并确保电动车和充电桩互操作性的最佳方法。

预测电池健康状况

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图一 : 电动车的下一个重点将是预测电池的健康状况。

随着电动车的不断发展,300英里成为标准,开始消散。然而,人们的注意力将转向电池的健康状况。从手机的应用已经说明了电池如何随着时间的使用而退化,没有驾驶愿意经历一辆很快就失去动力的汽车,这可能会让他们陷入困境,或者至少每天需要多次充电。

也因此,电动车的下一个重点将是优先考虑并预测电池的健康状况。电池健康状况将成为影响电动车购买决策的一个因素,并为汽车制造商提供一个汽车健康状况可视化的机会,以安抚并告知驾驶员。这些信息将更加精细,并包含游戏化接口,以便驾驶员可以了解他们的行为如何影响电池管理系统以保持最佳性能。此外,透过将人工智能算法整合到系统中,它将预测各种条件下的健康状况和效能,消除任何担忧。

在此同时,固态电池的研究也将加强,特别是亚太地区将引领市场成长,其次是欧洲和美洲。例如,韩国宣布投资150亿美元,到2030年实现固态电池商业化。电动车固态电池的研究工作早在十多年前就开始了,现在它们正处于微调的最后阶段,为汽车制造商提供了一系列好处,包括:

●更轻:小巧且更轻的电池可增加行驶里程。

●更稳定:与使用液态电解质的锂离子电池不同,固态电池使用固态电解质,通常由陶瓷或聚合物制成。它们更加稳定和安全,比液体同类产品产生的热量少得多。

●更快、更耐用:固态电池可以在15分钟内充满80%的电量,并在充电5,000次后保持90%的容量,这与锂离子电池不同,锂离子电池在1,000次循环后开始退化。

电源系统进化

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图二 : 实验室模拟,才是确保电动车和充电桩互操作性的最佳方法。

德州仪器认为,在半导体创新的推动之下,汽车系统将持续进化,并协助提供更安全、更舒适的驾驶体验。其中,先进电池管理系统(BMS)能更准确侦测电池充电状态和健全状态,提供更理想的特性分析,协助驾驶人延长行驶时间。改良的电池监控技术可延长EV电池的行驶距离,并重新塑造充电环境,整合如DC快速充电或插拔式电池等功能,以改善EV充电时间与拥有成本。

多种系统的效率提升且重量减轻,例如无线先进电池管理系统、牵引逆变器、车载充电器、DC/DC充电器、暖气与散热系统等,能进一步强化驾驶单次充电的行驶距离。至于功率电子组件可支持高达800V电压,实现高效率的电源转换并提高功率密度,同时可提供绝缘功能,进而开创更多、更快速且高效率的充电选择。

先进驾驶辅助系统(ADAS)则需要可靠的智慧技术,使车辆透过摄影机与雷达传感器准确感测周遭环境、可靠且安全地传输、处理并传达传感器数据,进而实现实时决策。这类系统或电子控制单元(ECU)的架构也在持续改变,电气与电子架构正朝向分区架构进化,而此架构是依据ECU在车中的位置进行控制,而非取决于ECU的功能,例如ADAS或空调等原本不相互整合的系统,现在均已区域化以降低复杂性,并透过软件实现各种功能与特色。

车辆中的电源技术必须能以更小的占位空间,实现更高的功率密度与效率,例如采用精巧封装的整合式解决方案、散热管理需求较低但效率更高的切换稳压器,以及可增进保护效果的诊断功能等,都属于此类。而若要让EV达到业界目标,就需要采用高电压系统,且最高需达800V以上,目前德州仪器的高电压技术均可提供高效能与可靠性,进而强化安全性。例如隔离与电源转换拓扑都属于此类。

高压电动车具备更远

随着汽车产业电动化和绿色低碳持续转型,高压纯电动车因其效能更高、里程更远,已成为汽车制造商的热门选择。意法半导体近期与中国理想汽车合作一项碳化硅(SiC)长期供货协议,意法半导体将为理想汽车提供碳化硅MOSFET,支持理想汽车进军高压电池纯电动车市场的策略。

理想汽车进军纯电动车市场,其首款家庭科技纯电旗舰MPV已于2023年第四季亮相。未来理想汽车计划推出更多高压纯电动车款,而新车型都需要在电驱逆变器中大量采用碳化硅MOSFET。意法半导体的碳化硅具有更高的开关频率、崩溃电压和热阻,可以显着提升功率晶体管的性能和效能,这些特性在纯电车的高电压环境中非常重要。理想汽车即将推出的800V高压纯电平台将在电驱逆变器中采用意法半导体第三代1200V SiC MOSFET先进技术,具有稳定性、性能、效能和可靠性。

确保电池长期使用效能

锂离子电池因其体积和重量的高能量密度、低自放电、低维护成本,并且能够承受数千次充放电循环而被广泛应用于电动车。电池约占电动车总成本的3到4成。典型的800 V锂离子电池系统大约由200个单独的电池单元串联而成,在长达数年的生命周期中,在任何特定温度和瞬间能精确估算电池组的充电状态(state-of-charge;SoC)至关重要。

恩智浦半导体推出下一代电池控制器IC,目的正是优化电池管理系统(BMS)的效能和安全性。恩智浦MC33774的18信道仿真前端装置具备低至0.8mV的电芯测量精度和广泛温度范围内的最大电芯平衡能力,支持ASIL D,适用于与安全密切相关的高压锂离子电池,以最大程度地提升可用容量。

MC33774锂离子电池单元控制器采用恩智浦SmartMOS SOI(绝缘硅片)技术,可提供低至正负0.8mV的电池测量精度,有助于确保镍锰钴和磷酸铁锂电池化学材料的使用寿命效能。


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