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电动汽车设计面临挑战

作者:Admin 发布时间:2016-09-27 [ ] 浏览:
快速发展的汽车产业为汽车电子产品提供了广阔的应用市场,中国汽车电子市场也跟随汽车产业一起进入快速发展期。亚洲最大规模的汽车技术展Automotive World将于2016年8月30日-9月1日首次进驻中国,从设计到制造高质量呈现汽车电子的前沿技术与应用。近年来,PHEV和HEV的在新能源汽车市场的占有率一直居高不下,这就意味着对发电技术以及电池的设计要求也越来越高,在开展前就让我们先来分析下电动汽车的设计环境以及汽车电池设计所面临的挑战。 
    电动交通工具泛指使用高压电池和电动马达进行推进的车辆。与仅用内燃机(ICE)提供动力的汽车相比,这种技术的优势在于电动马达在产生扭矩(特别是在加速过程中)时要比ICE高效得多。另外,电动汽车可以在行车时回收动能,而其它汽车只能以热量的形式损耗掉。
    正如亨利福特于1923年所说:“即使仅节省几磅的汽车重量……也意味着它们能开得更快,并且消耗更少的燃料。”这个永恒真理正是锂电池化学产业凭借更高比能(焦耳/千克)引领世界向下一代更具重量效益、插电式电动汽车发展的理由。
    但我们对笔记本电脑的锂离子电池爆炸案记忆犹新,当再度考虑到电动汽车电池更大的总能量时,该事件更是被进一步放大。这方面的顾虑及其它因素促进了高度智能的电池管理系统(BMS)的发展。这种电池管理系统需要与大功率电池充电系统通讯来满足诸如安全、成本、电池寿命、汽车行程(又名里程焦虑)和整夜充电等要求——为了达到更低的碳排放和更高的燃油经济性需要做出的所有痛苦让步。
  随着汽车OEM厂商对下一代电池管理和充电系统要求的确 定,半导体公司正在推进预期能够满足这些要求的产品开发。本文将要讨论与插电式混合动力汽车(PHEV)中的大功率(3kW)、脱机式电池充电器的开发相关的设计要求、架构和挑战,并展示为何要为这类应用建立数字电源架构。
  电动汽车设计环境
  混合动力汽车(HEV)与新兴的PHEV汽车不同,它们使用较低容量的电池和电动马达辅助主要ICE加速。这种混合扭矩加上再生制动能力可进一步改善燃油利用率,并减少碳排放。
  然而,减少排放还不能完全满足针对汽车零排放的最新法律要求。因此,作为新兴汽车,PHEV的动力完全来自于洁净电网能量。
    所谓的串联电动汽车与并联HEV不同,不从两种来源混合扭矩。所有推进扭矩来自更大的电动马达,一般大于80kW。在某些情况下会增加一个性能经过优化 的小型里程延伸ICE,用于解决纯电动汽车电池的里程限制问题。ICE用作发电机给电动马达供电,并给电池充电。不管是在PHEV还是HEV中,增加高压电池和电动马达从根本上改变了汽车的电气、机械和安全系统。因此最终需要复杂和高度智能的功率电子和电池管理系统。
  电池设计挑战
  过去100年内,工程师已经将汽油推进系统改进得十分完善。现在,OEM及其供货商一改过去的方式,开始组成联盟,突破常规,集中力量优化电动推进系统。
  但电动推进的高成本表现在产品开发和组件复杂度方面,需要用复杂和容错性的汽车智能和功率电子系统连续管理数十千瓦的功率。
   考虑在传统汽油动力汽车中测量油量的简单任务。根据具体的汽车,油量表可能只是由连接到一个发送部件的加热线圈驱动的双金属条。而在电动汽车中,‘油箱’是由串联/并联着的许多电池单元(可能100节或以上)组成的高压电池。对电荷状态(SOC)的精确判断要求对每节电池进行精确的电压测量(在几毫伏内)。
  集中和高度智慧的控制机制可以满足模拟技术不容易解决的许多问题。
   更先进的微控制器整合有协处理器(控制律加速器)和多个高分辨率脉宽调变器(PWM),前者用于加速控制环路传输函数的运算,后者能够控制功率开关在 150ps内。这种架构能够动态适应线路和负载的变化,记录系统操作参数数据,并实现前瞻性的无差错算法,同时通过地气隔离的控制局域网络智能地连接所有 其它汽车子系统。
  最近在数字电源方面的发展使得这种方法更加可行,更具成本效益、可扩展性,并且更适合电动汽车中的大功率多相位应用。
    有经验的软件设计师可以免费使用针对数字补偿和实际上每种电源拓扑的大型且可扩展模块化软件库进行整合;另外还能获得与数字和模拟电源解决方案作对比的测试报告。
    想要了解更多关于电动汽车设计研发方面的最新资讯还请关注即将于8月30日开展的中国汽车电子技术展览会预展Automotive World 2016,本展涵盖了汽车电子技术、车联网技术、EV/HEV/FCV技术、汽车轻量化技术、以及汽车配件加工技术等重要领域话题。丰田、日产、本田、马自达、三菱、通用、现代、博世、电装等来自世界各国的汽车厂商及代理商都是展会重要嘉宾。此次进驻中国,Automotive World将面向中国市场,从设计到制造高质量呈现汽车电子的前沿技术与应用。
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