电动汽车如何进行能量转换?

近日ADI和Rimac举行了一场虚拟讨论，主题涉及电动汽车（EV）如何进入主流并帮助汽车行业减少碳排放，以及ADI的威廉希尔官方网站 如何帮助Rimac在2021年推出完全电动的C_Two超级跑车。

在世界迈向更可持续、更电气化未来的进程中，电动汽车处于核心地位。目前，电动汽车至少需要三种类型的电子元件来进行能量转换：

1.DC/DC转换器，通常从高电压到12v为低压电子元件供电;直流/交流牵引逆变器驱动电动机，通常为车轮提供电力

2. DC/AC牵引逆变器驱动电动机，典型的三相电动机为车轮提供动力

3.AC/DC变流器，用于在制动能量回收和从标准住宅或大功率充电站（用于快速充电）给汽车电池充电。

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在路上行驶。随着电动汽车在未来十年的快速普及，对配套威廉希尔官方网站 的需求将继续增加。

这场讨论由电动汽车影响者、电动汽车展望（Electric Vehicles Outlook）创始人Roger Atkins主持。小组成员包括Analog Devices汽车、通信、航天与国防高级副总裁Greg Henderson;Patrick Morgan， Analog Devices汽车业务副总裁;以及Rimac的零部件研发总监Matija Gracin。

Henderson强调了过去几年电动汽车市场的巨大变化。他们已经从一种具有可持续性利益的新威廉希尔官方网站 转变为汽车市场真正的性能领导者，从纯电动汽车和传统OEM在该领域的巨额投资就可以证明，这也导致了汽车制造商和供应商关系的转变。

Henderson指出：“变化的速度，以及电动汽车所需的新解决方案和创新，将改变原始设备制造商和威廉希尔官方网站 供应商之间的传统线性关系。OEM现在的工作更加直接，与科技公司的合作会更加紧密。”

在电动和混合动力汽车中，为了提高能量转换效率，设计师们的目标是配备高热可靠性电力电子模块的紧凑封装和组装，同时减少开关损耗。设计参数不同，涉及车辆动力总成系统的功率级别、转换效率、工作温度、散热能力、系统封装等。

电动汽车设计中的性能关键是电池和推进系统。“真正关键的是要有一个电池管理系统（BMS），可以准确监测充电状态，并以非常有效的方式将能量从电池转移到推进系统。”

正如Atkins所指出的：没有控制就什么也不是。他补充说，“现在所有的关键部件，无论是互联的、自主的还是共享的，都需要大量的能量，以确保其高效、稳健地工作。”就采用而言，电气化威廉希尔官方网站 将逐步淘汰内燃机。但我们需要思考加速采用这种威廉希尔官方网站 仍然存在的障碍，并找到解决方案。”

市场正在继续加速电气化。Gracin指出，但有三个方面需要考虑。第一个是能量存储，这是由电池组的密度决定。第二个是效率，这不仅与电池组有关，还与低电压和高电压转换和管理的方方面面有关。第三个是对大众市场客户采用至关重要的基础设施：充电站、维修站和服务站。

正如Morgan所提到的，疫情对汽车行业产生了重大影响。这一流行病大大加快了威廉希尔官方网站 的发展。“良好的驾驶体验已经成为当务之急。不仅是行驶方式，还有你在车里的感觉。例如身临其境的3D音效、麦克风阵列和语音识别等功能已经成为必备功能。

Morgan：“电动汽车的机舱非常安静，你会注意到更多的道路噪音。所以我们开发了一项威廉希尔官方网站 ，可以消除道路噪音，为司机提供一个真正身临其境和愉快的体验。”

另一个需要考虑的方面是电动汽车的行驶里程，即每次充电可以行驶的距离。Morgan指出，这不仅是通过电池本身实现，还通过控制电池的电子设备实现。“这些由BMS控制的电子设备必须非常精确，这样电池才会充满电，每一点电都被有效地提取出来，从而降低整体能源消耗。这对消费者和电网都有好处。”

Atkins对电动汽车的可持续性提出了疑问。电池显然是这两类汽车（电动汽车和经典汽车）之间的主要区别之一，因为它与也与电池过期后的情况有关。传统汽车依靠内燃机驱动，使用热量来驱动自身，同时也为车载服务提供动力，而电动汽车则使用高压大容量电池组。比较这两种汽车对环境的影响时，我们需要考虑到二氧化碳的排放，这涵盖了它们各自生命周期中每个阶段的能源消耗因素：原材料采购、生产、使用和回收。

Gracin指出，在设计整个产品中，有许多规则需要遵守。此外电池回收再利用是一个很好的趋势。

“电池组可以被赋予第二次生命。一旦它们不再满足汽车使用的性能要求，它们可以被重用到许多其他应用程序中。当你把汽车电池拆开时，里面还有模块和电池可以用来储存能量。我们看到雷诺-日产等一些大型原始设备制造商正朝这个方向发展。”

无线BMS

电池管理系统是电动汽车的关键因素。无线设备的加入使它非常具有吸引力，但需要很多的照顾。BMS是一个电子系统，用于对所有诊断和安全功能进行全面控制，以管理车载高电压和平衡电荷。

ADI最近为生产电动汽车推出了无线BMS解决方案。其无线BMS免去了使用传统线束的必要，节省了高达90%的线束和高达15%的电池组体积，提高了设计灵活性和可制造性，同时不会影响电池使用寿命内的里程数和精度。。

ADI公司的无线BMS将电源、电池管理、射频通信和系统功能等所有集成电路、硬件和软件整合在单个系统级产品内，通过采用ADI公司经过验证的业内领先BMS电池电芯测量威廉希尔官方网站 ，支持ASIL-D安全性和模块级安全性。通过提高车辆使用寿命期间的精度，无线BMS系统可最大化单个电芯的能量利用率，从而实现优异的车辆续航里程，并支持安全且可持续的无钴电池化学材料，如磷酸铁锂（LFP）。

Morgan：“这项威廉希尔官方网站 的目标是可持续发展，不仅因为它消除了所有的线束，而且降低了所有的制造和相关的复杂性。它还使电池组能够以模块化、可扩展的方式设计，你就可以利用这些电池组，根据特定的应用程序匹配它们，然后重新配置。除了重量和灵活性方面的优势，wBMS还可以采用不同的方式来设计电池组。通过对电池和模块的持续健康状态计算所获得的数据，可以在电池被重复利用之时更准确地确定电池组的剩余价值。”

电池

电池是所有电动汽车的核心，成本和重量等因素是挑战。电池和电池相关威廉希尔官方网站 的重要性如何？

Gracin指出，目前的电池已经达到了某种极限。未来的电池要实现更好的性能以及更加绿色节能的目标。

“回顾过去10年左右，并没有很多事情改变，今天关于锂离子和固态电池的讨论与10年前差不多。我们真的把电池里的所有东西都挤了出来，努力把2毫米的电池塞进去，只是为了多放一个电池。由于性能的关系，就需要放尽可能多的电池，以释放更多的电力，但基于目前的设计，我们已经达到了极限。因此，要想突破就需要进行大量创新。”

Morgan谈到了正在开发的新型电池化学物质，比如磷酸铁锂（LFP），它完全不含钴，一种有毒的稀有矿物。电动汽车需要一定类型的电池和较高的能量密度。重点是，这项威廉希尔官方网站 能够支持更广泛的电池。第二点问题是每一辆以电池为主的电动汽车成本。在未来2-3年内，电动汽车的成本将与内燃机的汽车相当。

结论

汽车供应链，无论是在电子还是机械方面，都在经历重大变化。软件正变得越来越重要：当今典型的高端汽车大约有1亿行软件代码。由于电池是电动汽车最基本关键特性，因此BMS发挥着更大的作用，因为确保高效的充电管理是电动汽车正确运行的基本要素。

今天的电池必须具有非常高的能量存储密度，自损耗电流要接近于零，并且能够在几分钟内充电。电动汽车的快速增长将加速降低市场价格，还会催生出不同的收费系统 （如快速充电，需要几十分钟完全或几乎完全充电），并在充电站上得到普及。
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