電動汽車 (EV) 代表著可持續(xù)交通的前沿。電動汽車集成了復雜而精密的電子架構，隨著新半導體材料和解決方案的發(fā)現(xiàn)，技術每天都在取得巨大進步。本文將探討使電動汽車運行的最重要組件及其互連。

介紹

電動汽車的普及正在穩(wěn)步發(fā)展，供應鏈的各個環(huán)節(jié)也在發(fā)生變化。它涵蓋了制造電動汽車零件的原材料、化學品、電池和各種組件。與此同時，汽車充電基礎設施也參與其中，它們正經歷一個歷史性的階段，經過徹底的重新設計。它們的電氣化以及政府法規(guī)對新型汽車網(wǎng)絡設計和軟件開發(fā)提出了挑戰(zhàn)。電子系統(tǒng)架構是車輛內所有電子元件、模塊和網(wǎng)絡的結構化配置，定義了車輛的電氣和電子組成。具體來說，電子硬件、網(wǎng)絡通信系統(tǒng)、軟件和所有電路的布線都集成在一起，以增強對車輛各方面功能的控制。

電動汽車不僅僅是一種帶有電動發(fā)動機的交通工具，它還配備了高度復雜的外圍設備和精良的電子設備，可以實現(xiàn)多種類型的應用。電動汽車是一個復雜的技術系統(tǒng)，其運行基于物理、化學、電氣和電子基礎。它配備了一個獨立的電源電池，并有各種電路專門用于執(zhí)行不同的功能。一個好的架構必須考慮車輛中所有電氣設備的功率和信息需求。如果純機械方面與傳統(tǒng)內燃機汽車的機械方面大致相似，例如車輪或車架，那么電氣部分就相當遙遠，包含大量新設計的不同之處。它們涉及用于牽引的電池系統(tǒng)、電動機、功率調節(jié)電路以及專用于電池充電的電路。電動汽車的基本配置由一個或多個電池、能量轉換器、電動機、傳動部件和控制車輪的差速系統(tǒng)組成。

有更有效的系統(tǒng)，沒有差速器，通過兩個電機推進，每個驅動輪一個。在這種情況下，需要兩個獨立的轉換系統(tǒng)，盡管只能有一個電池電源。隨著近年來的技術進步，新的架構提高了系統(tǒng)的效率和連接性，還集成了 CAN、LIN、FlexRay 和以太網(wǎng)等通信協(xié)議。如今，隨著車輛中電子元件的使用增加，精心設計的架構對于提高駕駛時的可靠性和安全性以及通過降低能耗、重量和成本來提高效率是必不可少的(見圖 2)。得益于改進的連接策略和使用快速本地網(wǎng)關，新型電動汽車具有可配置性和智能性。目前，由于有了新型、極其復雜的集成電路和只有新型電子元件才能實現(xiàn)的電子解決方案，可以設置以前無法想象的新應用程序。

電動汽車并不完全相同，它們遵循不同的設計類型。但關鍵特征在于用于推進的電能百分比。有些汽車僅使用電力來驅動，而有些汽車將電力與其他形式的能源結合使用，這被定義為“混合動力”。廣義上講，前者利用完全由電池或燃料電池等電源提供的推進能量。后者使用各種推進能量源，其中至少一種是電力。電動汽車的設計主要是為了實現(xiàn)其自主性，最大限度地提高速度和加速度。從上圖可以看出，電力牽引系統(tǒng)由各種功能塊組成：電動機與功率轉換器一起工作，通過線路連接。電路連接到一個能量存儲系統(tǒng)，并由外部充電系統(tǒng)輔助供電。牽引力由多個設備控制。當然，還需要輔助液體冷卻系統(tǒng)來將系統(tǒng)保持在安全的熱水平。

電池和BMS

電動汽車的基本部件之一是電池，它與性能優(yōu)化電路一起構成了汽車的推進劑。電池儲存電能，為發(fā)動機和汽車的所有其他部件提供動力。目前，鋰離子電池是主流技術，在能量密度、耐用性和重量之間實現(xiàn)了良好的平衡。在這種動力的作用下，必須實施復雜的安全系統(tǒng)，提供極端熱條件的保護，補充電解質，以防不可避免的保險絲，通風以防止氣體泄漏，以及平衡電荷，因為在充電和放電過程中，電池的各個元件往往具有不同的電位，從而導致不平衡問題。這些組件由控制和監(jiān)督系統(tǒng)管理，BMS(電池管理系統(tǒng))可調節(jié)充電和放電命令以及熱量和功率控制，從而保證最高效率。

可以說，BMS 是電動汽車的大腦，它不斷監(jiān)控所有電子系統(tǒng)、電池、發(fā)動機、電源和輔助設備，確保車輛安全且最佳地運行。PYLONTECH 的 48 V 2.4 kWh 鋰電池以及逆變器，它需要 BMS 才能正常運行。電子元件之間的接線也必須精心設計。所涉及的巨大功率水平意味著需要精心規(guī)劃，尤其是在電纜部分，這肯定會影響系統(tǒng)的重量和尺寸。新型電動汽車的長期銷售預測是樂觀的，預計未來幾年將增長幾十個百分點，因為整個行業(yè)都致力于大幅減少所有活動中的碳排放。

電動機

電動機將電能轉換為機械能，推動車輪。電動機有多種類型，例如異步感應電動機和永磁電動機，每種電動機都有其優(yōu)點和缺點。發(fā)動機的選擇取決于各種因素，例如性能、效率和成本。在電動汽車中，電動機通常位于車輪附近，由一組可充電電池供電。踩下油門踏板時，電動機從電池組中獲取能量并將運動傳輸?shù)杰囕?。它的特點是瞬時且恒定的驅動扭矩，可實現(xiàn)非常平穩(wěn)和安靜的加速。通常，電動機由轉子(旋轉部分)和定子(固定部分)組成。

電動機的核心是電力電子，它在能源管理中起著至關重要的作用。它通過 DC-DC 和 DC-AC 設備將電池電壓轉換為適合發(fā)動機的水平。最新的研究旨在從物理事件中回收能量，例如回收制動能量。在制動過程中，動能被轉換成電能，然后儲存在電池中。這個過程會略微增加車輛的行駛里程。電動汽車的所有部件并不是孤立運行的，而是通過通信網(wǎng)絡不斷通信和交換數(shù)據(jù)和信息。這一新概念允許實時交換系統(tǒng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)，激活車輛所有部件的智能控制策略，并協(xié)調不同組件的集體運作。

結論

電動汽車首先讓人注意到的是系統(tǒng)的靜音性，這不僅有助于降低空氣污染水平，還有助于降低噪音污染。電動汽車電子系統(tǒng)的結構當然是一個非常復雜的領域，因為有許多組件在起作用。它主要關注盡可能減少對環(huán)境的影響，考慮到整個供應鏈，從原材料生產到用戶電池充電。電動汽車的電子系統(tǒng)在不斷發(fā)展，相關創(chuàng)新還將涉及自動駕駛和駕駛輔助，借助人工智能提高安全性和舒適性。完美無瑕的卓越架構設計對于這項革命性技術的發(fā)展和未來發(fā)展至關重要。