ICE(內燃機)正在進入衰退時期。現在,很多政策制定者都在法律上限制銷售只有內燃機驅動的新車。所以,行業圍繞混合動力系統開展了大量的活動,即ICE和某種形式的電力輔助相結合。對于輕型混合動力汽車,所用的電池通常可以通過ICE充電。這類所謂的自動混合動力汽車能幫助消費者轉向電動汽車,同時避免了尋找電源插座給電池充電的問題。
電池電量和ICE電量的平衡決定了混合動力的輕微程度。更大的電池和更大功率的電機的結合會使指針更傾向于天平的純電動側面。純電動車(BEV)不是ICE,而是完全依靠電網獲得能量。比如建立公共充電基礎設施,支持純電動用戶體驗。但是對于純電動車來說,除了插電沒有別的選擇。
替代能源因此而受到開發,最有前途的方法之一是在燃料電池中使用氫,將儲存在氫中的能量轉化為電能。這種應用將促進燃料電池電動汽車的發展。雖然BEV和FCEV的能量儲存方式不同,但兩者都可以產生電力供給電機。另一項正在開發的技術涉及使用超級電容來儲存電能。超級電容器類似于電池,可以重復充放電,但內部差異很大。超級電容器可以快速充放電,也就是說可以提供比電池更高的功率,但總能量更少。
每種技術都有其局限性。蓄電池充電需要時間,燃料蓄電池釋放能量慢,超級容器儲存能力低。但它們都能發電,這是電動汽車所需要的基本燃料。也許,在不久的將來,混合動力一詞會發展成為一種能夠結合三種技術提供適當用戶體驗的車輛。
續航里程不長,不能快速充電,這被認為是消費者不愿意轉向全電動的兩個原因。毫無疑問,汽車工業和公共部門必須克服這種不情愿。通過將電池、燃料電池和超級電容器結合起來,每種技術都可以在所需的時間和地點提供能量。例如,燃料電池技術與快速充電超級電容器相結合,可以提供良好的加速,從而解決里程問題。
盡管這一潛在的新混合類別的例子在今天還沒有出現,但它是行業未來可以追求的方向,可以基于現有技術。
無線化汽車設計
儲能不是汽車行業唯一的創新領域。汽車與通用基礎設施及其車載系統的關系越來越密切。一般來說,車輛產生的數據量呈指數級增長。無線技術避免了支持這種互聯網所需布線比例的增加。
線路既昂貴又重,占用空間。另一方面,無線連接實際上沒有重量,但它確實需要精心設計,天線是系統中最關鍵的方面之一。由于汽車制造商在從MHz低頻到GHz高頻的范圍內采用了更多類型的無線連接,天線設計和位置變得越來越重要。隨著5G連接進入車輛,V2X和自動駕駛等關鍵任務的連接將變得更加重要。支持自動駕駛的數據基礎設施將嚴重依賴無線技術,包括Wi-Fi和5G。
無線化帶來了很多挑戰,尤其是因為車輛還是主要使用大型壓制金屬面板。雖然金屬很難完全替代,但它正在發生。玻璃和塑料在汽車設計和制造中的應用越來越多。大多數類型的玻璃和許多塑料都能穿透無線電波。這種可穿透性是開發和使用無線連接電子系統的工程師的好消息。它也可以讓汽車設計師探索新的概念。例如,全玻璃屋頂越來越普遍。這種新穎的設計提供了在屋頂空間安裝天線的方案,從而順利到達玻璃孔。
隨著對無線連接需求的增加,這可能會促進玻璃和塑料設計的新時代。當然,這也需要平衡設計更經濟、可維護和可回收車輛的需求。
一般來說,電動汽車在機械上比內燃機簡單。這種簡單性意味著它可以設計得更持久,更容易維護和高度回收。然而,電動汽車中的電子系統將更加多樣化,在自動駕駛時將更加復雜。功耗、功率和電子系統之間的平衡將發生變化,這也可能影響儲能系統的類型。
自動駕駛引起的思考。
塑造汽車設計、所有權和未來使用的另一個主要趨勢是自動駕駛。所有權與自動駕駛的關系越來越強。許多人認為第一批自動駕駛汽車將是出租車和拼車。這個理論可以用經濟學來解釋:自動駕駛電動車的購買成本很高,但運行成本很低。因此,為了獲得回報,車主需要提高利用率。
大多數私人擁有的車輛大部分時間都停在某處。也就是說,每英里的本非常高。另一方面,出租車和其他服務車輛大部分時間都在運營。提高利用率可以降低每英里的成本。如果這個成本有加成,就像出租車一樣,會變成正投資回報。
這里一個激動人心的研究領域是自動飛行電動出租車。聽起來像科幻小說,但是發生了。有意義的原因是充分的,尤其是很多旅程很短,在擁擠的城市。飛越城市可以減少道路擁堵。目前,幾個試點項目正在運行,成為現實需要數百萬美元的研究資金。進入第三維對自動駕駛具有重要意義。即使在低空,天空也沒有道路、建筑或行人。天空給了自動駕駛汽車很大的自由,唯一的障礙就是其他飛機。
進入第三維會增加對可靠無線連接的需求。默認情況下,無線技術是全方位的。現代系統更具辨別性——射頻能量可以通過相控陣天線和MIMO出)來引導射頻能量,盡可能提高可用帶寬。覆蓋范圍也可能是一個考慮因素。城市陸地基礎收發器可能永遠不會遠離5G基站或等效基站,但空中車輛的分布會更、更分散。障礙物越少,無線信號應該傳播得越遠,干擾和多徑失真就越少。空中車輛也會影響系統設計。
支持汽車創新
無線連接和天線設計等基礎技術可以支持汽車行業的創新。寬禁帶半導體開關是另一種技術。這是碳化硅、氮化鎵等技術能產生真正影響的地方。
寬禁帶半導體通常比普通硅器件更有效。其使用對電源系統的設計有很大影響。受影響的中央系統包括電池管理系統、車載充電器和車外充電器。電源逆變器用于將電池(或類似產品)的DC電轉換成交流電,然后驅動電機。這些系統的效率直接影響行駛范圍。開發人員可以通過使用更高的開關頻率來實現更高的效率。提高頻率對開關電路中使用的無源元件和磁元件具有設計意義:一般來說,它們可以變小,無論是規模還是價值。開關器件本身也在縮小尺寸,因為它可以在更高的溫度下工作。因此,可以獲得一個小系統。
作為汽車、國防和航空航天行業的供應商,國巨集團在幫助OEM廠商開發可靠的解決方案方面有著豐富的應對上述所有挑戰的經驗。盡管以上提到的一些方案是推測性的,但是許多挑戰是真實的。汽車工業的發展方向需要正確的使能技術,這就是眾多供應商能夠發揮積極作用的地方。
汽車技術在行業內的趨勢
作者:小谷
發布時間:2021-11-30 18:09:34
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