汽車電氣化正在興起，隨著世界各國(guó)政府試圖實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，它可能會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。本文摘錄了與恩智浦半導(dǎo)體執(zhí)行副總裁兼高級(jí)模擬業(yè)務(wù)線總經(jīng)理 Jens Hinrichsen 就汽車電氣化的各個(gè)方面的對(duì)話——從技術(shù)方面，包括電池管理，到增長(zhǎng)的挑戰(zhàn)，包括解決范圍焦慮等因素，這是一種常見(jiàn)的消費(fèi)者猶豫。

為了設(shè)置場(chǎng)景，電動(dòng)汽車似乎正在獲得市場(chǎng)份額。對(duì)來(lái)自 CleanTechnica的報(bào)告的掃描描繪了由全電動(dòng)(也稱為電池電動(dòng)汽車或 BEV)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車 (EV) 或插電式汽車的正面圖景。例如，在 2020 年 10 月，德國(guó)、法國(guó)、瑞典和英國(guó)的插電式汽車銷量均創(chuàng)歷史新高。在德國(guó)，插電式汽車的市場(chǎng)份額為 18%，注冊(cè)量為 48,000 輛，這得益于 BEV 較上月增長(zhǎng) 365%。同樣，法國(guó) 10 月份的插件市場(chǎng)份額達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的 11.8%，瑞典的市場(chǎng)份額為 36.2%，英國(guó)的市場(chǎng)份額為 12.1%。

展望未來(lái)，基于第三方研究，恩智浦表示，預(yù)計(jì)到 2023 年，各種形式的電動(dòng)汽車 (xEV) 市場(chǎng)將占汽車總產(chǎn)量的近 25%，并且相信 xEV(代表所有類型)電動(dòng)汽車，包括插電式和純電動(dòng)汽車)應(yīng)占到 2030 年汽車總產(chǎn)量的 50% 以下。

市場(chǎng)采用驅(qū)動(dòng)因素和挑戰(zhàn)

首先，我們?cè)儐?wèn)了推動(dòng)電動(dòng)汽車采用的因素是什么，挑戰(zhàn)是什么?

Hinrichsen：電動(dòng)汽車確實(shí)有趨勢(shì)。即使在像 2020 年這樣整體汽車產(chǎn)量下降的充滿挑戰(zhàn)的年份，電動(dòng)汽車在這一年仍然在增加。從我的角度來(lái)看，有多種因素推動(dòng)了需求和采用率的增長(zhǎng)?？傮w而言，它真正始于為環(huán)境做點(diǎn)好事，尋找一種更可持續(xù)、更環(huán)保的出行方式。

但是，它很快就歸結(jié)為成本和便利性的妥協(xié)。您可以想象，如果電動(dòng)汽車的性能與您習(xí)慣的基于內(nèi)燃機(jī)汽車的性能不同，那么您想知道購(gòu)買這樣的汽車是否真的有意義。因此，從我的角度來(lái)看，充電范圍和充電速度非常重要。方便也是一個(gè)關(guān)鍵因素。

成本和可負(fù)擔(dān)性也是另一個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)目。雖然汽車制造商必須不斷提高性能，但同樣他們也需要降低成本并使這些汽車價(jià)格實(shí)惠。從這個(gè)角度來(lái)看，我真的真的認(rèn)為仍然需要一點(diǎn)催化劑來(lái)推動(dòng)這個(gè)過(guò)程：這包括政府法規(guī)和授權(quán)，然后從消費(fèi)者的角度來(lái)看是補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠。

技術(shù)視角

接下來(lái)，我們繼續(xù)討論技術(shù)和挑戰(zhàn)，包括如何解決快速充電、安全性和“里程焦慮”問(wèn)題。

Hinrichsen：如果你想擴(kuò)大續(xù)航里程并實(shí)現(xiàn)快速充電，那么你可能需要為電池投入更多的能量和功率，并建立非常非常快的充電速度。這使得電池和充電過(guò)程成為汽車中相當(dāng)危險(xiǎn)的元素。因此，您可以在此電池中擁有越來(lái)越多的電量，并利用并釋放此電池的最大功率和效率。

這意味著它需要超高水平的功能安全性。您需要確保該電池始終正常運(yùn)行，并且該電池不會(huì)遇到任何問(wèn)題。如果是這樣的話，周圍的機(jī)制基本上是關(guān)閉、停止或控制的。功能安全正在成為汽車中這個(gè)非常非常重要的系統(tǒng)的關(guān)鍵要素。

從技術(shù)的角度來(lái)看，交付電動(dòng)汽車需要什么?有哪些不同的元素，碎片?

Hinrichsen：最重要的部分是動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)：這使它與普通的內(nèi)燃機(jī)汽車區(qū)分開(kāi)來(lái)。在混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中，甚至可能比純電動(dòng)汽車復(fù)雜一點(diǎn)，您需要幾個(gè)元素。您仍然擁有內(nèi)燃機(jī)，并且需要對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行一些電機(jī)控制。最重要的是，您有一個(gè)電動(dòng)機(jī)，而電動(dòng)機(jī)需要一個(gè)逆變器平臺(tái)，而該逆變器平臺(tái)就在那里使電動(dòng)機(jī)移動(dòng)。

然后你通常有一個(gè)低壓電池，你有一個(gè)高壓電池。低壓電池可用于支持常規(guī)功能、娛樂(lè)系統(tǒng)、座椅控制等一切。高壓電池是電動(dòng)馬達(dá)的能源，這是一個(gè)真正的關(guān)鍵要素。

當(dāng)您的車內(nèi)有低壓和高壓網(wǎng)絡(luò)時(shí)，您需要一個(gè) DC-DC 轉(zhuǎn)換器來(lái)連接這些系統(tǒng)。通常，如果您有插電式混合動(dòng)力車，則需要一個(gè) AC-DC 轉(zhuǎn)換器來(lái)進(jìn)行車載充電，您可以使用普通電源并將其插入，然后汽車進(jìn)行轉(zhuǎn)換。除了作為電動(dòng)機(jī)能源的高壓電池之外，您還需要一個(gè)智能且非常復(fù)雜的電池管理系統(tǒng)，這在這樣的設(shè)置中非常關(guān)鍵。這幾乎就是你所需要的。

恩智浦在啟用所有這些技術(shù)方面的作用是什么?

Hinrichsen：恩智浦提供控制電源以及控制和監(jiān)控系統(tǒng)的半導(dǎo)體。我們不為電機(jī)供電——這些通常是功率半導(dǎo)體，如 MOSFET 和 IGBT，因此是碳化硅解決方案。我們不專注于功率半導(dǎo)體。

我們負(fù)責(zé)所有的控制系統(tǒng)——所有進(jìn)行智能處理的處理器，以及所有的網(wǎng)絡(luò)組件。我們擁有支持智能處理器的電源管理組件。我們擁有連接所有這些系統(tǒng)的完整連接。我們也有所有的模擬前端解決方案。這包括電池單元控制器，它基本上從外部感知該系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)。我們處理和控制系統(tǒng)。我們不為系統(tǒng)供電。

電池管理

好的，那么電池管理的重要性是什么?它是如何工作的?

Hinrichsen：電池管理系統(tǒng)不斷監(jiān)測(cè)和控制電池，并不斷近乎實(shí)時(shí)地檢查這個(gè)巨大電池組的每個(gè)電池的健康狀態(tài)、充電狀態(tài)和功能狀態(tài)。

它檢查溫度并測(cè)量其他關(guān)鍵項(xiàng)目和高精度模擬的準(zhǔn)確性。然后，它可以決定，“我現(xiàn)在可以消耗這個(gè)電池的電量，還是電池太熱了，我應(yīng)該讓它靜置一會(huì)兒?電池現(xiàn)在是空的嗎?我需要給這個(gè)特定的電池充電嗎?我需要做些什么來(lái)以優(yōu)化的方式利用系統(tǒng)的每個(gè)特定單元，以釋放該特定系統(tǒng)的全部能量密度，該特定系統(tǒng)的全部能量功率，而不會(huì)損壞它，也不會(huì)過(guò)度強(qiáng)調(diào)它，這樣我們就不會(huì)陷入故障狀態(tài)?”

您越能做到這一點(diǎn)，您就越能真正釋放電池的全部電量，從而實(shí)現(xiàn)非常長(zhǎng)的續(xù)航里程，這樣您就可以最大限度地利用電量，同時(shí)不會(huì)損壞電池. 從而延長(zhǎng)使用壽命。當(dāng)然，在短期內(nèi)，您需要確保它不會(huì)失控，因此需要不斷確保該特定系統(tǒng)的功能運(yùn)行和功能安全。這就是電池管理系統(tǒng)的作用。

您通常需要管理多少個(gè)電池?這很復(fù)雜，不是嗎?

Hinrichsen：是的，這真的很復(fù)雜。讓我們舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。典型系統(tǒng)為 400V，對(duì)于高性能汽車，它可以是 800V 或 900V。這就是您需要管理的電壓。根據(jù)您的設(shè)置，每個(gè)特定的電池可以處理大約 3-4V 之間的電壓。因此，如果您以 400V 為例，假設(shè)每個(gè)電池為 4V，這意味著您的電池中有 100 個(gè)電池。您需要控制 100 個(gè)細(xì)胞，并且需要不斷地實(shí)時(shí)控制它們。