Вынужденные эволюции в технологиях электромобилей

Вынужденные эволюции в технологиях электромобилей

08.08.2019 Выкл.
Автор dakus

Текущие и будущие инновации в силовых устройствах, ячейках. и батареи неизбежны.

Недавние громкие демонстрации, проведенные примерно 1,5 миллионами студентов в более чем 100 странах, отражают растущую обеспокоенность общественности по поводу изменения климата. Поскольку на транспортный сектор приходится около 24% выбросов CO2 во всем мире, производители автомобилей решают эту задачу, устанавливая амбициозные цели по сокращению выбросов углерода.

Глобальные продажи электромобилей превысили 2 миллиона в 2018 году, по сравнению с несколькими тысячами в 2010 году, и отраслевые аналитики прогнозируют ускорение этого роста (рисунок 1), при этом на электромобили, как ожидается, будет приходиться 57% всех продаж легковых автомобилей к 2040, когда 30% мирового парка пассажирских транспортных средств будет электромобилем (EV).

2018 год стал ключевым для EV с мировыми продажами в 2,1 миллиона. Китай в настоящее время лидирует на рынке пятый год подряд, с долей 55,5% в Азиатско-Тихоокеанском регионе, составляющем 60,3% рынка, и на втором месте — Европа с 22,0%. Эта тенденция сохранится в 2019 году с прогнозом продаж 2,8 млн. Электромобилей (68% будут BEV и 32% PHEV), что даст рынку электромобилей 3% -ную долю от общего рынка легковых автомобилей.

20-летний срок выполнения вышеприведенных прогнозов, на первый взгляд, может показаться не амбициозным, но преобразование базовой трансмиссии автомобиля требует от автопроизводителей огромных изменений в своей деятельности — и многие делают это за одно поколение продукта. В этой статье рассматривается, как рыночные требования к увеличению мощности и эффективности стимулируют инновации в этих технологиях электромобилей, и как эти разработки создают новые проблемы для тестирования и интеграции в процессе производства.

Производители серьезно относятся к электромобилю

Перед лицом все более жестких глобальных норм выбросов, производители автомобилей вносят трансформационные изменения в свою деятельность, и многие взяли на себя агрессивные обязательства по сокращению выбросов углерода за счет увеличения ассортимента электромобилей.

Tesla является в настоящее время лидером рынка, так как рядом с ним стоит китайский производитель автомобилей BYD и многие другие производители, готовящиеся к выпуску продуктов на этом все более конкурентном рынке.

Читайте так же

Новая технология без водителя может вызвать полици... НОВАЯ технология без водителя может вызвать полицию на вас, если вы почувствуете, что вы устали, выпили или не подходите для вождения. Технология без водителя может ощущаться, если вы пьяны или устали (Фото: GETTY) Автомобилистам все еще говорят, что автомобили без водителя. это будущее автомобилей, и они захватят наши дороги в течение нескольких...
Ford использует технологию виртуальной реальности ... Проектирование нового автомобиля обычно начинается с того, что человек садится за стол и делает набросок автомобиля в двух измерениях. Но Ford хочет, чтобы его дизайнеры надели гарнитуры виртуальной реальности и начали делать наброски в трех измерениях. Автопроизводитель считает, что это приведет к созданию более «ориентированных на человека» конст...
Nissan пропустит технологию гибридных подключаемых... Nissan не планирует использовать новые сменные гибридные трансмиссии, разрабатываемые группой Renault-Nissan-Mitsubishi Nissan, похоже, намерен отказаться от гибридной технологии с подключаемыми модулями с помощью двухсторонней стратегии электрификации, в рамках которой бренд будет полагаться только на гибридную трансмиссию e-Power без разъемов и ...

Например, Volkswagen Group, чьи бренды включают Audi, Porsche и Bentley, планирует увеличить глобальные уровни производства и варианты выпуска своих электромобилей, стремясь выпустить 70 полностью электрических моделей в течение следующих 10 лет с ожидаемыми продажами 22 миллион транспортных средств. При этом группа планирует снизить уровни выбросов 2030 от своих транспортных средств на 40% по сравнению с уровнями 2015 года. Генеральный директор VW Group Герберт Дисс заявил, что к 2050 году производитель автомобилей должен стать полностью углеродно-нейтральным во всех своих операциях.

Автомобильные технологии — что под капотом?

Фактически существует два типа электромобилей: электромобили (AEV) и гибридные электромобили (PHEV). AEV могут быть далее классифицированы как аккумуляторные электромобили (BEV) или электромобили на топливных элементах (FCEV), которые должны заряжаться от электрической сети и также обычно способны генерировать электричество посредством рекуперативного торможения. На рисунках 2 и 3 показаны упрощенные блок-схемы для BEV и PHEV.

BEV полностью приводится в движение электродвигателями, работающими от бортовых аккумуляторов, не использует двигатель внутреннего сгорания, следовательно, не использует ископаемое топливо. Во время торможения электродвигатель может функционировать в качестве генератора, подзаряжая аккумулятор путем преобразования кинетической энергии транспортного средства в электрическую энергию.

В PHEV двигатель внутреннего сгорания остается основным источником энергии, а аккумулятор и электродвигатель используются для повышения общей эффективности; PHEV приводится в движение электродвигателем, когда ДВС менее эффективен и в противном случае работает на ДВС. Опять же, во время торможения электродвигатель работает как генератор, заряжая аккумулятор. Поскольку они менее сильно зависят от электродвигателя, PHEV могут использовать меньшие батарейные блоки, чем BEV.

Как в BEV, так и в PHEV большая батарея подает ток на компоненты высокого напряжения в системе, которые питают электрическую трансмиссию транспортного средства. Инвертор и преобразователь постоянного тока являются ключевыми компонентами высокого напряжения в обоих типах транспортных средств; инвертор преобразует постоянный ток от аккумулятора в трехфазный переменный ток, необходимый для электродвигателя. Преобразователь DC-DC преобразует высокое напряжение, генерируемое двигателем транспортного средства (например, во время торможения), в типичное напряжение аккумулятора, обычно 12 В или 20 В.

Инвертор, преобразователь постоянного тока и аккумуляторная система — все это ключевые элементы трансмиссии EV, каждая из которых представляет уникальные конструкторские проблемы и требует особых подходов к испытаниям во время производства.

Инвертор

Силовые транзисторы, используемые в инверторе, должны плавно преобразовывать, переключать и регулировать большое количество высоковольтных токов в высокотемпературной, агрессивной среде. Традиционно область применения устройств на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), новых технологий с широкой запрещенной зоной (WGB), карбида кремния (SiC) и нитрида галлия (GaN) все шире применяется производителями, стремящимися повысить мощность и эффективность. уровни. Транзисторы, основанные на этих технологиях, предлагают несколько преимуществ, включая работу при высокой температуре и высоком напряжении и повышенную эффективность. В то же время, однако, они ставят перед дизайнером новые задачи по обеспечению стабильных и безопасных конструкций. При очень высоких скоростях переключения силовых транзисторов GaN необходимо соблюдать большую осторожность, чтобы избежать высоких уровней электромагнитных помех или поломки транзистора, которые могут быть вызваны паразитной индуктивностью.

Вынужденные эволюции в технологиях электромобилей

Читайте так же

Новая технология без водителя может вызвать полици... НОВАЯ технология без водителя может вызвать полицию на вас, если вы почувствуете, что вы устали, выпили или не подходите для вождения. Технология без водителя может ощущаться, если вы пьяны или устали (Фото: GETTY) Автомобилистам все еще говорят, что автомобили без водителя. это будущее автомобилей, и они захватят наши дороги в течение нескольких...
Новая технология Ford может остановить вас, если у... Qualcomm видит будущее, в котором автомобили смогут не только разговаривать друг с другом, но и видеть пешеходов и велосипедистов и избегать их, пока они несут телефон. Более того, Ford, Audi и Ducati находятся среди тех, кто уже на борту. Новая технология называется C-V2X и позволит автомобилям, велосипедам, велосипедистам и другим подключенным т...
Ford использует технологию виртуальной реальности ... Проектирование нового автомобиля обычно начинается с того, что человек садится за стол и делает набросок автомобиля в двух измерениях. Но Ford хочет, чтобы его дизайнеры надели гарнитуры виртуальной реальности и начали делать наброски в трех измерениях. Автопроизводитель считает, что это приведет к созданию более «ориентированных на человека» конст...

Хотя хорошо спроектированные схемы и схемы плат могут решить эти проблемы, итерационные циклы проектирования могут быть трудоемкими и дорогостоящими, а такие инструменты, как передовое программное обеспечение Keysight для моделирования электрических цепей, предлагают ценную проверку производительности на этапе проектирования, что значительно сокращает время выхода на рынок.

DC-DC преобразователь

Преобразователи DC-DC также приносят трудности проектирования; Традиционные решения, основанные на кремниевых устройствах, требовали дорогих систем водяного охлаждения. Новые устройства WBG могут снизить потребность и, следовательно, стоимость охлаждения водой, но создают потенциальные проблемы безопасности, поскольку они позволяют интегрировать несколько преобразователей в один модуль, повышая рабочее напряжение выше 60 В предела безопасности. Поэтому тестирование преобразователей может быть опасным процессом, и для защиты проектировщиков, техников и операторов должно использоваться подходящее испытательное оборудование, соответствующее рекомендациям стандартов, таких как NFPA 79. Для этой цели компания Keysight снова разработала инновационную систему, оснащенную функциями безопасности, предназначенными для защиты как людей, проводящих испытания, так и оборудования, подвергаемого испытанию. Система была разработана с регенеративными возможностями, которые передают энергию, использованную во время тестирования, обратно в сеть, тем самым обеспечивая экономию от потребления энергии и затрат на охлаждение.

Батарея

Для производителей аккумуляторных батарей эффективное тестирование каждого отдельного элемента является ключом к общей производительности аккумуляторного блока. Явление, известное как саморазряд батареи, может уменьшить срок годности батареи и снизить ее начальный уровень заряда. Традиционные методы тестирования включали мониторинг напряжения холостого хода ячейки в течение многих недель, что не является идеальным, учитывая растущую потребность в быстром выходе на рынок.

Компания Keysight смогла решить эту проблему, разработав измерительное решение с саморазрядкой, которое сокращает время тестирования с нескольких недель до нескольких часов, позволяя производителям значительно сократить время цикла тестирования и, следовательно, ускорить выход на рынок.

Зарядка-

Придорожная экосистема

За пределами самого автомобиля зарядные станции являются важным фактором роста рынка электромобилей, и понимание схем зарядки и поведения водителей является ключом к способности энергетических компаний планировать пиковую нагрузку на сеть. Современные зарядные сети, такие как Ionity (BMW, Mercedes, Ford и Volkswagen) и Ultra-E (Allego, Audi, BMW, Magna, Renault, Hubject и другие) — это больше, чем просто зарядка для электромобиля. Являясь эффективными точками продаж, эти станции могут собирать и генерировать огромные объемы данных, которые можно использовать для моделирования спроса и помогают обеспечить балансировку нагрузки в сети. Приложения начинают появляться от таких компаний, как Bosch и ChargePoint, которые предлагают удобство и наглядность вариантов зарядки для водителей. По мере развития этой экосистемы больших данных разработчикам потребуется множество инструментов, позволяющих увидеть эти появляющиеся сети.

Заключение

В условиях значительного роста рынка электромобилей EV расширяется широкая и разнообразная экосистема, включающая бортовые и придорожные технологии. Поскольку спрос на более новые, более мощные и эффективные электроприводы сохраняется, появятся дальнейшие инновации в области силовых устройств, элементов и батарей. Этот широкий спектр устройств и приложений будет нуждаться в соответствующем широком спектре мощных тестовых решений для проверки проектов и обеспечения соответствия соответствующим стандартам.

Фред Вейллер — старший директор по маркетингу решений в Keysight Technologies, ведущей технологической компании, которая помогает предприятиям, поставщикам услуг и правительствам ускорять инновации, чтобы соединять и защищать мир.

Читайте так же

Новая технология без водителя может вызвать полици... НОВАЯ технология без водителя может вызвать полицию на вас, если вы почувствуете, что вы устали, выпили или не подходите для вождения. Технология без водителя может ощущаться, если вы пьяны или устали (Фото: GETTY) Автомобилистам все еще говорят, что автомобили без водителя. это будущее автомобилей, и они захватят наши дороги в течение нескольких...
Новая технология Ford может остановить вас, если у... Qualcomm видит будущее, в котором автомобили смогут не только разговаривать друг с другом, но и видеть пешеходов и велосипедистов и избегать их, пока они несут телефон. Более того, Ford, Audi и Ducati находятся среди тех, кто уже на борту. Новая технология называется C-V2X и позволит автомобилям, велосипедам, велосипедистам и другим подключенным т...
Ford использует технологию виртуальной реальности ... Проектирование нового автомобиля обычно начинается с того, что человек садится за стол и делает набросок автомобиля в двух измерениях. Но Ford хочет, чтобы его дизайнеры надели гарнитуры виртуальной реальности и начали делать наброски в трех измерениях. Автопроизводитель считает, что это приведет к созданию более «ориентированных на человека» конст...