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[导读]电动汽车 (EV) 代表着可持续交通的前沿。电动汽车集成了复杂而精密的电子架构,随着新半导体材料和解决方案的发现,技术每天都在取得巨大进步。本文将探讨使电动汽车运行的最重要组件及其互连。

电动汽车 (EV) 代表着可持续交通的前沿。电动汽车集成了复杂而精密的电子架构,随着新半导体材料和解决方案的发现,技术每天都在取得巨大进步。本文将探讨使电动汽车运行的最重要组件及其互连。

介绍

电动汽车的普及正在稳步发展,供应链的各个环节也在发生变化。它涵盖了制造电动汽车零件的原材料、化学品、电池和各种组件。与此同时,汽车充电基础设施也参与其中,它们正经历一个历史性的阶段,经过彻底的重新设计。它们的电气化以及政府法规对新型汽车网络设计和软件开发提出了挑战。电子系统架构是车辆内所有电子元件、模块和网络的结构化配置,定义了车辆的电气和电子组成。具体来说,电子硬件、网络通信系统、软件和所有电路的布线都集成在一起,以增强对车辆各方面功能的控制。

电动汽车不仅仅是一种带有电动发动机的交通工具,它还配备了高度复杂的外围设备和精良的电子设备,可以实现多种类型的应用。电动汽车是一个复杂的技术系统,其运行基于物理、化学、电气和电子基础。它配备了一个独立的电源电池,并有各种电路专门用于执行不同的功能。一个好的架构必须考虑车辆中所有电气设备的功率和信息需求。如果纯机械方面与传统内燃机汽车的机械方面大致相似,例如车轮或车架,那么电气部分就相当遥远,包含大量新设计的不同之处。它们涉及用于牵引的电池系统、电动机、功率调节电路以及专用于电池充电的电路。电动汽车的基本配置由一个或多个电池、能量转换器、电动机、传动部件和控制车轮的差速系统组成。

有更有效的系统,没有差速器,通过两个电机推进,每个驱动轮一个。在这种情况下,需要两个独立的转换系统,尽管只能有一个电池电源。随着近年来的技术进步,新的架构提高了系统的效率和连接性,还集成了 CAN、LIN、FlexRay 和以太网等通信协议。如今,随着车辆中电子元件的使用增加,精心设计的架构对于提高驾驶时的可靠性和安全性以及通过降低能耗、重量和成本来提高效率是必不可少的(见图 2)。得益于改进的连接策略和使用快速本地网关,新型电动汽车具有可配置性和智能性。目前,由于有了新型、极其复杂的集成电路和只有新型电子元件才能实现的电子解决方案,可以设置以前无法想象的新应用程序。

电动汽车并不完全相同,它们遵循不同的设计类型。但关键特征在于用于推进的电能百分比。有些汽车仅使用电力来驱动,而有些汽车将电力与其他形式的能源结合使用,这被定义为“混合动力”。广义上讲,前者利用完全由电池或燃料电池等电源提供的推进能量。后者使用各种推进能量源,其中至少一种是电力。电动汽车的设计主要是为了实现其自主性,最大限度地提高速度和加速度。从上图可以看出,电力牵引系统由各种功能块组成:电动机与功率转换器一起工作,通过线路连接。电路连接到一个能量存储系统,并由外部充电系统辅助供电。牵引力由多个设备控制。当然,还需要辅助液体冷却系统来将系统保持在安全的热水平。

电池和BMS

电动汽车的基本部件之一是电池,它与性能优化电路一起构成了汽车的推进剂。电池储存电能,为发动机和汽车的所有其他部件提供动力。目前,锂离子电池是主流技术,在能量密度、耐用性和重量之间实现了良好的平衡。在这种动力的作用下,必须实施复杂的安全系统,提供极端热条件的保护,补充电解质,以防不可避免的保险丝,通风以防止气体泄漏,以及平衡电荷,因为在充电和放电过程中,电池的各个元件往往具有不同的电位,从而导致不平衡问题。这些组件由控制和监督系统管理,BMS(电池管理系统)可调节充电和放电命令以及热量和功率控制,从而保证最高效率。

可以说,BMS 是电动汽车的大脑,它不断监控所有电子系统、电池、发动机、电源和辅助设备,确保车辆安全且最佳地运行。PYLONTECH 的 48 V 2.4 kWh 锂电池以及逆变器,它需要 BMS 才能正常运行。电子元件之间的接线也必须精心设计。所涉及的巨大功率水平意味着需要精心规划,尤其是在电缆部分,这肯定会影响系统的重量和尺寸。新型电动汽车的长期销售预测是乐观的,预计未来几年将增长几十个百分点,因为整个行业都致力于大幅减少所有活动中的碳排放。

电动机

电动机将电能转换为机械能,推动车轮。电动机有多种类型,例如异步感应电动机和永磁电动机,每种电动机都有其优点和缺点。发动机的选择取决于各种因素,例如性能、效率和成本。在电动汽车中,电动机通常位于车轮附近,由一组可充电电池供电。踩下油门踏板时,电动机从电池组中获取能量并将运动传输到车轮。它的特点是瞬时且恒定的驱动扭矩,可实现非常平稳和安静的加速。通常,电动机由转子(旋转部分)和定子(固定部分)组成。

电动机的核心是电力电子,它在能源管理中起着至关重要的作用。它通过 DC-DC 和 DC-AC 设备将电池电压转换为适合发动机的水平。最新的研究旨在从物理事件中回收能量,例如回收制动能量。在制动过程中,动能被转换成电能,然后储存在电池中。这个过程会略微增加车辆的行驶里程。电动汽车的所有部件并不是孤立运行的,而是通过通信网络不断通信和交换数据和信息。这一新概念允许实时交换系统状态的数据,激活车辆所有部件的智能控制策略,并协调不同组件的集体运作。

结论

电动汽车首先让人注意到的是系统的静音性,这不仅有助于降低空气污染水平,还有助于降低噪音污染。电动汽车电子系统的结构当然是一个非常复杂的领域,因为有许多组件在起作用。它主要关注尽可能减少对环境的影响,考虑到整个供应链,从原材料生产到用户电池充电。电动汽车电子系统在不断发展,相关创新还将涉及自动驾驶和驾驶辅助,借助人工智能提高安全性和舒适性。完美无瑕的卓越架构设计对于这项革命性技术的发展和未来发展至关重要。


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