汽車的未來：電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車

汽車的未來：電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車

電子產(chǎn)品是汽車行業(yè)的核心，電動(dòng)汽車將越來越重要。微電子技術(shù)，尤其是大功率電子技術(shù)的巨大發(fā)展導(dǎo)致信息娛樂、照明和傳感器應(yīng)用顯著增加，這些應(yīng)用需要穩(wěn)健可靠的設(shè)計(jì)。分析師估計(jì)，未來幾年的營業(yè)額將超過 800 億美元，并呈指數(shù)級(jí)增長。該行業(yè)正在通過開發(fā)和發(fā)展限制事故的技術(shù)（例如通過穩(wěn)定性控制系統(tǒng)和駕駛員健康狀況）為道路安全做出積極貢獻(xiàn)。

從智能電網(wǎng)開始，智能（智能）技術(shù)的出現(xiàn)引起了人們對 GPS 和整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的興趣，以支持車輛接收和傳輸高速數(shù)據(jù)。三個(gè)主要因素使汽車對技術(shù)具有吸引力：自動(dòng)駕駛、電動(dòng)汽車以及消費(fèi)者對信息娛樂服務(wù)的強(qiáng)烈需求。無人駕駛汽車代表了不久的將來的挑戰(zhàn)。遠(yuǎn)程干預(yù)已編程的電子系統(tǒng)、減少道路事故的數(shù)量、從而避免危險(xiǎn)情況的可能性，是使這一挑戰(zhàn)取得成功的一個(gè)原因。

讓我們看看電子是如何取代機(jī)械的。

MEMS技術(shù)

盡管典型應(yīng)用是安全氣囊和高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)，但基于 MEMS 的陀螺儀和加速度計(jì)等傳感器的普及允許一系列控制解決方案提供更高的效率。微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 技術(shù)使用微制造技術(shù)將微電子學(xué)的能力與微傳感器的機(jī)械特性相結(jié)合。這些方法的優(yōu)點(diǎn)包括高效率、小尺寸和低成本?；?MEMS 的電子安全系統(tǒng)可以確保符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)，并使設(shè)計(jì)人員能夠更有效地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。汽車行業(yè)對安全和安保的需求不斷增長是該市場增長的主要驅(qū)動(dòng)力。微機(jī)電系統(tǒng)加速度計(jì)測量一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)正交軸上的加速度，用于識(shí)別相對于重力加速度的傾斜或方向，以及測量振動(dòng)和沖擊。加速度計(jì)基于硅 (Si) 半導(dǎo)體。測量的物理原理基本上由熱或電容方法組成。電容方法可能更適合某些應(yīng)用，例如碰撞檢測和安全氣囊激活。另一方面，基于密封腔內(nèi)加熱的氣體分子對流原理的熱方法更適用于電子穩(wěn)定控制（ESC）。電容式器件利用壓電效應(yīng)或晶體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和加速力，將機(jī)械應(yīng)力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。

另一方面，MEMS 陀螺儀提供了一種測量角速度（或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）的簡便方法，并且是運(yùn)動(dòng)控制的流行選擇。它們還用于大多數(shù)智能手機(jī)的消費(fèi)領(lǐng)域。主動(dòng)懸架采用四個(gè)傳感器與加速度計(jì)和陀螺儀相結(jié)合，以確保車輛的穩(wěn)定和規(guī)律的動(dòng)態(tài)行為。大多數(shù)陀螺儀基于具有兩個(gè)質(zhì)量的音叉配置，在相反方向上連續(xù)振蕩。當(dāng)施加角力時(shí)，每個(gè)質(zhì)量塊上的科里奧利力作用于相反方向，從而產(chǎn)生與角速度成比例的容量變化，然后將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。至于噪音，我們有一個(gè)內(nèi)在噪音代表靜態(tài)慣性狀態(tài)，也就是說沒有旋轉(zhuǎn)，振動(dòng)，

因此，加速度計(jì)的汽車應(yīng)用主要包括安全氣囊和主動(dòng)懸架，而陀螺儀則用于穩(wěn)定性控制系統(tǒng)和 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)。陀螺儀可用于汽車激活電子穩(wěn)定控制 (ESC) 制動(dòng)系統(tǒng)以防止事故發(fā)生，或在發(fā)生傾斜情況或正面碰撞時(shí)激活安全氣囊。納米機(jī)電系統(tǒng) (NEMS) 正在出現(xiàn)一個(gè)新的 MEMS 市場。由于它們的靈敏度，這些納米尺寸的設(shè)備能夠提供非常小的傳感器，可以檢測原子水平的應(yīng)力和振動(dòng)。

電磁兼容性 (EMC)

汽車行業(yè)的快速發(fā)展以及自動(dòng)駕駛汽車和 ADAS 系統(tǒng)的趨勢繼續(xù)推動(dòng)汽車行業(yè)對更復(fù)雜的 EMC 設(shè)計(jì)和測試場景的需求。車輛平臺(tái)變得越來越復(fù)雜，其中的電子設(shè)備需要可靠運(yùn)行而不影響安全或通信基礎(chǔ)設(shè)施。汽車行業(yè)及其制造商旨在滿足各種電磁兼容性要求。例如，有兩個(gè)要求必須確保電子設(shè)備不會(huì)發(fā)出電磁干擾 (EMI) 或過大的噪聲，并且不受其他電磁源發(fā)出的噪聲的影響。

應(yīng)用于汽車領(lǐng)域的新無線通信模式需要高性能電子系統(tǒng)，這些系統(tǒng)能夠以高數(shù)據(jù)速率運(yùn)行，因此，取決于運(yùn)行環(huán)境，需要以高頻率運(yùn)行。這些新子系統(tǒng)中的每一個(gè)都必須符合電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。此外，信號(hào)完整性以及傳輸和處理的數(shù)據(jù)模式是關(guān)鍵方面。電子設(shè)備的小型化是必須的，因此不能再忽視制造公差。標(biāo)稱設(shè)計(jì)參數(shù)的變化會(huì)導(dǎo)致對 EMC 和信號(hào)完整性產(chǎn)生負(fù)面影響的不穩(wěn)定行為。汽車系統(tǒng)在汽車周圍安裝了多個(gè)無線電接收器。IEC 委員會(huì)制定了國際標(biāo)準(zhǔn)來保護(hù)它們。這種電磁噪聲的國際標(biāo)準(zhǔn)被制定為 CISPR 25。CISPR 25 是一個(gè)包含多種測試方法的標(biāo)準(zhǔn)。測試區(qū)域的電磁噪聲電平應(yīng)至少比被測最低電平低 6 dB。另一個(gè)測試標(biāo)準(zhǔn)是 ISO 11452-4 大電流注入 (BCI)，它檢查組件是否受到窄帶電磁場的不利影響。測試是通過使用電流探頭直接在布線中注入噪聲來執(zhí)行的。CISPR 25 包含在 150 kHz 至 1000 MHz 頻率范圍內(nèi)測量無線電干擾的限制和程序。該標(biāo)準(zhǔn)適用于任何用于車輛、拖車和各種設(shè)備的電子/電氣組件。測試區(qū)域的電磁噪聲電平應(yīng)至少比被測最低電平低 6 dB。另一個(gè)測試標(biāo)準(zhǔn)是 ISO 11452-4 大電流注入 (BCI)，它檢查組件是否受到窄帶電磁場的不利影響。測試是通過使用電流探頭直接在布線中注入噪聲來執(zhí)行的。CISPR 25 包含在 150 kHz 至 1000 MHz 頻率范圍內(nèi)測量無線電干擾的限制和程序。該標(biāo)準(zhǔn)適用于任何用于車輛、拖車和各種設(shè)備的電子/電氣組件。測試區(qū)域的電磁噪聲電平應(yīng)至少比被測最低電平低 6 dB。另一個(gè)測試標(biāo)準(zhǔn)是 ISO 11452-4 大電流注入 (BCI)，它檢查組件是否受到窄帶電磁場的不利影響。測試是通過使用電流探頭直接在布線中注入噪聲來執(zhí)行的。CISPR 25 包含在 150 kHz 至 1000 MHz 頻率范圍內(nèi)測量無線電干擾的限制和程序。該標(biāo)準(zhǔn)適用于任何用于車輛、拖車和各種設(shè)備的電子/電氣組件。測試是通過使用電流探頭直接在布線中注入噪聲來執(zhí)行的。CISPR 25 包含在 150 kHz 至 1000 MHz 頻率范圍內(nèi)測量無線電干擾的限制和程序。該標(biāo)準(zhǔn)適用于任何用于車輛、拖車和各種設(shè)備的電子/電氣組件。測試是通過使用電流探頭直接在布線中注入噪聲來執(zhí)行的。CISPR 25 包含在 150 kHz 至 1000 MHz 頻率范圍內(nèi)測量無線電干擾的限制和程序。該標(biāo)準(zhǔn)適用于任何用于車輛、拖車和各種設(shè)備的電子/電氣組件。

車內(nèi)噪音

汽車行業(yè)最重要的方面之一是吸熱發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的燃燒階段。由于這些電機(jī)已經(jīng)存在多年，工程師們一直致力于設(shè)計(jì)技術(shù)來處理低頻噪聲。我們將看到，對于電動(dòng)汽車，要管理的問題恰恰相反：它們發(fā)出的噪音太低，出于安全原因，我們必須制造更多噪音。

節(jié)能技術(shù)有助于生產(chǎn)更環(huán)保的車輛，但并不總是提供噪音較小的客艙體驗(yàn)。通過減少氣缸數(shù)來配備更高效、更環(huán)保的發(fā)動(dòng)機(jī)，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪音的頻率。為降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪音，汽車工程師使用主動(dòng)聲學(xué)控制或主動(dòng)噪聲控制 (ANC) 來生成由車內(nèi)揚(yáng)聲器再現(xiàn)的降噪信號(hào)。主動(dòng)噪音控制 (ANC) 技術(shù)使用車輛的音頻系統(tǒng)來減少發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的有害噪音。有源音頻聲音控制是一種信號(hào)處理方法，可降低聲音的有效幅度以提高信噪比 (SNR)，從而使不需要的噪聲不易察覺。主動(dòng)噪聲控制方法也稱為 ANR（音頻降噪）。ANC 或 ANR 基于相干聲學(xué)，旨在使用車輛內(nèi)的放大器和麥克風(fēng)以及數(shù)字信號(hào)處理 (DSP) 來消除噪音，從而準(zhǔn)確地復(fù)制各種形式的原始聲場。在實(shí)踐中，聲音可以描述為由振幅和相位組成的壓力波。

噪聲消除系統(tǒng)由一個(gè)音頻設(shè)備組成，該設(shè)備發(fā)出具有相同幅度但相移為 180°（反相，也稱為反相）的波。兩種波的復(fù)合過程基于稱為相消干涉的物理原理。有源噪聲控制是通過使用混合信號(hào)電路或數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)的，使用控制算法分析聲音波形并生成放大到換能器的反相波。這些系統(tǒng)嚴(yán)重依賴配備高性能標(biāo)準(zhǔn) CPU 和軟件基礎(chǔ)設(shè)施的集成 SoC（片上系統(tǒng)）。需要實(shí)時(shí)處理資源來快速實(shí)施和完成反饋控制回路，以使 ANC 解決方案正常工作。在具有三到六個(gè)麥克風(fēng)的典型汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。

LED照明

在汽車行業(yè)，發(fā)光二極管 (LED) 廣泛用于遠(yuǎn)光燈、制動(dòng)燈和位置燈以及側(cè)轉(zhuǎn)向燈和后轉(zhuǎn)向燈。在一個(gè) LED 驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目中，各種照明設(shè)備的亮度強(qiáng)度是不一樣的，而是取決于它們的具體功能。因此，LED 工作在不同的亮度級(jí)別；例如，制動(dòng)時(shí)的最大亮度和尾燈亮度的 10% 至 25%。LED 調(diào)光電路用于通過脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 驅(qū)動(dòng)技術(shù)來區(qū)分亮度級(jí)別，該技術(shù)調(diào)制施加到 LED 的電流脈沖的寬度。然而，對于戶外照明應(yīng)用，需要為同一個(gè) LED 提供不同的亮度級(jí)別。例如，停車燈和側(cè)燈或近光燈和遠(yuǎn)光燈被定義為兩個(gè)亮度級(jí)別。在某些情況下，

照明控制系統(tǒng)的一個(gè)重要方面是管理由不同配置的集成電路 (IC) 驅(qū)動(dòng)器提供的電源，稱為降壓和升降壓。LED 易于控制，使其成為智能照明系統(tǒng)。

LED 解決方案需要恒定電流來產(chǎn)生均勻的亮度。電源的精度、電壓波動(dòng)和其他參數(shù)實(shí)際上是正確驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)最相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)。因此，必須仔細(xì)考慮車輛的電源紋波供應(yīng)。此外，設(shè)計(jì)階段反映的其他要求包括溫度和濕度、電壓范圍、電磁兼容性 (EMC) 以及資格測試規(guī)定的可靠性要求。汽車應(yīng)用的高可靠性表明驅(qū)動(dòng)器 IC 內(nèi)部有必要的保護(hù)電路，可防止過壓、欠壓、反極性、過流、短路和極端高溫或低溫。惡劣的汽車環(huán)境需要保護(hù)電路來防止發(fā)生故障時(shí)出現(xiàn)問題。汽車級(jí)設(shè)備還有望在擴(kuò)展的溫度和濕度范圍內(nèi)表現(xiàn)出可靠的運(yùn)行，并能夠承受持續(xù)的振動(dòng)。

手勢識(shí)別

手勢識(shí)別或手勢檢測是設(shè)備識(shí)別人體一系列運(yùn)動(dòng)以應(yīng)用某些控制功能的能力。這種電子技術(shù)基于在 2D 或 3D 場景中識(shí)別和掃描場景的相機(jī)的幫助，或者通過基于飛行時(shí)間 (ToF) 技術(shù)的解決方案。后者包括在要分析的目標(biāo)上發(fā)送紅外線，隨后反射由接收電子設(shè)備處理的信號(hào)。電子設(shè)備通過分析各種運(yùn)動(dòng)來創(chuàng)建一種地圖，并通過算法以正確的動(dòng)作做出響應(yīng)。其他解決方案采用超聲波信號(hào)，例如用于停車傳感器的超聲波信號(hào)。

目標(biāo)是掃描場景的整個(gè)圖像。所使用的相機(jī)由一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器傳感器組成（由一個(gè)像素矩陣組成，該矩陣收集來自同一感興趣區(qū)域的光）。視覺控制算法必須掃描圖像以分析手勢并進(jìn)行識(shí)別。傳感器的目的是解調(diào)反射光，測量代表透射光和反射光之間相關(guān)性的每個(gè)像素的位置。像素從場景的各個(gè)不同部分收集光線。通過重新組合信號(hào)，創(chuàng)建重建圖像。所有傳感器像素均由解調(diào)和調(diào)制輸入控制。像素解調(diào)與透射光信號(hào)的調(diào)制同步。

光子（在基質(zhì)上反射的光）轉(zhuǎn)化為量子過程的電子是由隨機(jī)函數(shù)調(diào)節(jié)的。特別是，光子產(chǎn)生率使用泊松分布。類似地，目標(biāo)反射的光子信號(hào)及其在像素內(nèi)相對轉(zhuǎn)換成電子的過程也是具有泊松分布的量子過程。在這些情況下，并非所有撞擊像素的光都被轉(zhuǎn)換為電子。為了檢查系統(tǒng)的質(zhì)量，最好測量作為傳輸中使用的光波長的函數(shù)的量子效率。

手勢識(shí)別技術(shù)還涉及眼睛。假設(shè)您想通過簡單地將眼睛移到后視鏡來啟動(dòng)后雨刷，或者通過簡單地將眼睛移到儀表板上來打開收音機(jī)。這些是控制算法應(yīng)能夠?qū)崟r(shí)解碼的眾多示例和特征之一。一個(gè)關(guān)鍵功能是能夠監(jiān)測可能在駕駛時(shí)產(chǎn)生負(fù)面影響的心理-身體癥狀，例如疲勞。現(xiàn)代眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)使用紅外 (IR) LED 作為光源和高分辨率相機(jī)來檢測反射光。

激光雷達(dá)

LiDAR背后的原理（有時(shí)也發(fā)現(xiàn)書面 Lidar 或 LIDAR）非常簡單，但構(gòu)建這種類型的系統(tǒng)并不一定簡單。工程師用來計(jì)算距離的公式是：到物體的距離=（光速x飛行時(shí)間）/2。激光雷達(dá)測量飛行時(shí)間，用于計(jì)算行進(jìn)距離。該系統(tǒng)基本上發(fā)送波長從 830 nm 到 940 nm 的高頻光脈沖，并使用鏡子而不是天線來掃描激光。該光從傳感器反射回來，該傳感器解釋信號(hào)并通過測量其擴(kuò)散來計(jì)算光行進(jìn)的距離。通過這種方式，激光雷達(dá)系統(tǒng)允許自動(dòng)駕駛車輛檢測障礙物或其他車輛。

復(fù)雜的因素之一是發(fā)射的光可以在不同的方向上反射?？匆豢脴鋾r(shí)，一些光子會(huì)從樹枝反射，但其他光子會(huì)繼續(xù)穿過并從地面反射。有可能，甚至很可能，多次反射會(huì)產(chǎn)生光脈沖。本質(zhì)上，它與雷達(dá)技術(shù)非常相似。兩者都使用速度、角度和范圍等參數(shù)。當(dāng)然，雷達(dá)使用無線電波而不是光。硬件本質(zhì)上由一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器以及一組從掃描環(huán)境中識(shí)別大量數(shù)據(jù)的點(diǎn)組成。這將創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集可以通過軟件應(yīng)用程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以根據(jù)給定區(qū)域創(chuàng)建 3D 圖像。

電動(dòng)汽車

電動(dòng)汽車是全球邁向更可持續(xù)未來的核心。

電動(dòng)汽車基本上使用電力來驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。它們需要 DC/DC 轉(zhuǎn)換器（從一種直流電轉(zhuǎn)換為另一種始終連續(xù)但電壓不同的直流電），通常從高壓到 12V 為低壓電子設(shè)備供電；DC/AC 牽引逆變器，用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)（通常為三相）并為車輪提供電力，以及 AC/DC 轉(zhuǎn)換器，用于在制動(dòng)能量回收和住宅或大功率（用于快速充電）充電期間為車輛電池充電車站。汽車的制動(dòng)系統(tǒng)可以產(chǎn)生電能為電池充電。這被稱為“再生制動(dòng)”，包括將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。

電動(dòng)汽車 (EV) 主要分為三種類型，根據(jù)使用電力作為能源的程度進(jìn)行分類。BEV 或電池電動(dòng)汽車、PHEV、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和 HEV 或混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。電池電動(dòng)汽車，也稱為 BEV，更常見的是稱為 EV（錯(cuò)誤地），是帶有可充電電池且沒有汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的全電動(dòng)汽車。電池電動(dòng)汽車通過大容量電池組在車上儲(chǔ)存電力。它們的電池電量用于操作電動(dòng)機(jī)和所有車載電子設(shè)備。BEV 不會(huì)排放傳統(tǒng)汽油車造成的有害排放物和危害。電動(dòng)汽車 (EV) 充電器根據(jù)其為電動(dòng)汽車電池充電的速度進(jìn)行分類。插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車或 PHEV 可以通過再生制動(dòng)和通過“連接”到外部電源為電池充電。雖然“標(biāo)準(zhǔn)”混合動(dòng)力車可以（低速）在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火前行駛約 1-2 英里，但 PHEV 車型可以在其汽油/汽油發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮作用之前行駛 10-70 公里。

電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車的設(shè)計(jì)人員推動(dòng)提高能量轉(zhuǎn)換效率，在熱管理和減少損耗方面正朝著高度可靠的設(shè)備發(fā)展。設(shè)計(jì)參數(shù)不同，涉及功率水平、轉(zhuǎn)換效率、車輛傳動(dòng)系統(tǒng)的工作溫度、散熱的難易程度和系統(tǒng)封裝。電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)中性能的關(guān)鍵是電池和推進(jìn)系統(tǒng)。另一個(gè)需要考慮的方面是電動(dòng)汽車的自主性，或者說它可以在充滿電的情況下行駛的距離。電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車的普及催生了新的集成解決方案，使電池管理更加可靠。

最流行的鋰離子電池現(xiàn)在需要特別注意，因?yàn)槊總€(gè)電池的特性變化都不同。因此，必須單獨(dú)處理每個(gè)電池，以完全避免放電。顯然，大多數(shù)制造商認(rèn)為在運(yùn)行過程中斷電是非常危險(xiǎn)和不可接受的。出于這個(gè)原因，他們試圖實(shí)現(xiàn)極低的故障率。鋰離子電池在需要長期可靠運(yùn)行時(shí)需要特別注意。電池電子設(shè)備必須能夠?qū)碜噪姵亟M中每個(gè)電池的信息傳送到中心點(diǎn)進(jìn)行處理。此外，電池管理電子設(shè)備必須最大限度地提高續(xù)航里程、持續(xù)時(shí)間、安全性和可靠性，同時(shí)最大限度地降低成本、尺寸和重量。

所有電動(dòng)或混合動(dòng)力車輛在減速期間都使用再生制動(dòng)為電池充電。此外，太陽能電池可用于恢復(fù)最大電池電量或補(bǔ)償汽車中的靜態(tài)電流。除了太陽能之外，其他可用的來源是熱能和使用機(jī)械動(dòng)能的壓電效應(yīng)。車輛的某些部分變得非常熱，溫差可用于儲(chǔ)存能量和為電池充電（熱能收集）。在這種情況下，SmartMesh 等網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)解決方案可以消除與連接器、電纜和各種組件相關(guān)的任何維護(hù)。它還允許實(shí)現(xiàn)附加功能，同時(shí)提供一些可擴(kuò)展性。

汽車行業(yè)使用的能量收集包括從外部來源獲取能量并將其轉(zhuǎn)換為電流以為任何設(shè)備供電。由于振動(dòng)能量總是以不同的幅度存在，因此動(dòng)能的收集是在發(fā)動(dòng)機(jī)艙中收集能量的一種通用方式。使用幾種轉(zhuǎn)換原理和適當(dāng)?shù)奈㈦娮酉到y(tǒng)，這種能量可以有效地轉(zhuǎn)換為電流。然而，能量收集的性能在很大程度上取決于其適應(yīng)環(huán)境源的能力。超低功耗微控制器開發(fā)的最新進(jìn)展導(dǎo)致設(shè)備在運(yùn)行所需的功率方面提供了前所未有的集成水平。

我們已經(jīng)看到，電池是任何電動(dòng)汽車的核心. 電動(dòng)汽車中電池的采用使電子設(shè)計(jì)朝著新一代的電荷監(jiān)測設(shè)備方向發(fā)展。鋰離子電池有兩個(gè)重要的設(shè)計(jì)問題：一個(gè)是針對材料的化學(xué)性質(zhì)，另一個(gè)是電子性質(zhì)的（過載時(shí)會(huì)導(dǎo)致永久性損壞和相對過熱）。因此，擁有一個(gè)電池管理系統(tǒng)來提供保護(hù)和電源控制非常重要。監(jiān)控系統(tǒng)本質(zhì)上代表了電池組的“大腦”；它測量和報(bào)告對電池運(yùn)行至關(guān)重要的信息，并在各種運(yùn)行條件下保護(hù)其免受損壞。電池管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵因素。無線連接的添加使其非常有吸引力，但需要很多關(guān)注。這項(xiàng)技術(shù)旨在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性，不僅因?yàn)樗瞬季€，而且在制造復(fù)雜性方面。它還允許您以模塊化和可擴(kuò)展的方式設(shè)計(jì)電池組，這樣當(dāng)您切換到第二次生命時(shí)，您可以使用這些電池組并將它們定制為特定的應(yīng)用程序，然后以適合其第二次生命的方式重新配置它們. 除了重量和靈活性方面的優(yōu)勢外，wBMS 還允許采用不同的方式設(shè)計(jì)電池組。通過電池和電池模塊級(jí)別的持續(xù)健康計(jì)算獲取的數(shù)據(jù)可用于在電池組進(jìn)入第二個(gè)生命階段時(shí)更準(zhǔn)確地確定電池組的剩余價(jià)值。它還允許您以模塊化和可擴(kuò)展的方式設(shè)計(jì)電池組，這樣當(dāng)您切換到第二次生命時(shí)，您可以使用這些電池組并將它們定制為特定的應(yīng)用程序，然后以適合其第二次生命的方式重新配置它們. 除了重量和靈活性方面的優(yōu)勢外，wBMS 還允許采用不同的方式設(shè)計(jì)電池組。通過電池和電池模塊級(jí)別的持續(xù)健康計(jì)算獲取的數(shù)據(jù)可用于在電池組進(jìn)入第二個(gè)生命階段時(shí)更準(zhǔn)確地確定電池組的剩余價(jià)值。它還允許您以模塊化和可擴(kuò)展的方式設(shè)計(jì)電池組，這樣當(dāng)您切換到第二次生命時(shí)，您可以使用這些電池組并將它們定制為特定的應(yīng)用程序，然后以適合其第二次生命的方式重新配置它們. 除了重量和靈活性方面的優(yōu)勢外，wBMS 還允許采用不同的方式設(shè)計(jì)電池組。通過電池和電池模塊級(jí)別的持續(xù)健康計(jì)算獲取的數(shù)據(jù)可用于在電池組進(jìn)入第二個(gè)生命階段時(shí)更準(zhǔn)確地確定電池組的剩余價(jià)值。除了重量和靈活性方面的優(yōu)勢外，wBMS 還允許采用不同的方式設(shè)計(jì)電池組。通過電池和電池模塊級(jí)別的持續(xù)健康計(jì)算獲取的數(shù)據(jù)可用于在電池組進(jìn)入第二個(gè)生命階段時(shí)更準(zhǔn)確地確定電池組的剩余價(jià)值。除了重量和靈活性方面的優(yōu)勢外，wBMS 還允許采用不同的方式設(shè)計(jì)電池組。通過電池和電池模塊級(jí)別的持續(xù)健康計(jì)算獲取的數(shù)據(jù)可用于在電池組進(jìn)入第二個(gè)生命階段時(shí)更準(zhǔn)確地確定電池組的剩余價(jià)值。

除了計(jì)算電荷的累積作為性能參數(shù)外，監(jiān)控還保證了電池的長壽命，并避免了可能損壞電池和電動(dòng)汽車本身的情況。BMS 管理整個(gè)鋰電池陣列（單個(gè)電池或整個(gè)電池組），確定安全操作區(qū)域或電池組保證最佳技術(shù)和能源性能的安全區(qū)域。BMS 基本上是一個(gè)電子系統(tǒng)，用于完全控制車載高壓管理和電荷平衡的所有診斷和安全功能。wBMS 在單個(gè)芯片上包含用于電源、電池管理、RF 通信和模塊級(jí)安全功能的所有基本硬件和軟件部件。

電動(dòng)汽車正變得越來越流行，它們在質(zhì)量、功能簡單性以及最重要的能源效率方面具有環(huán)保特性。功能驅(qū)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)提供，與內(nèi)燃機(jī)相比，電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單。在能源效率方面，內(nèi)燃機(jī)汽車和電動(dòng)汽車的比較具有象征意義：內(nèi)燃機(jī)汽車的能源效率為 16%，而電動(dòng)汽車的能源效率為 85%。與基于燃燒的推進(jìn)相比，推進(jìn)的電力特性有一個(gè)優(yōu)勢：能量再生。電力提供了很大的靈活性，包括使用各種形式的能量收集，幫助為電池充電，從而延長車輛本身的運(yùn)行時(shí)間。

電動(dòng)汽車的續(xù)航里程直接反映了其發(fā)動(dòng)機(jī)和能源管理系統(tǒng)的效率。此外，必要的基礎(chǔ)設(shè)施，例如現(xiàn)在達(dá)到數(shù)百千瓦功率的強(qiáng)大快速充電系統(tǒng)，也需要嚴(yán)格遵守預(yù)先設(shè)定的尺寸和效率限制。由于其特定的物理特性，碳化硅 (SiC) 代表了對這些新市場需求的有效響應(yīng)。所有快速充電系統(tǒng)都需要建立具有緊湊高效設(shè)計(jì)的充電站，而當(dāng)前的 SiC 功率模塊允許創(chuàng)建具有所需功率密度和效率的系統(tǒng)。高硬度 SiC 襯底的更高擊穿電壓允許使用更薄的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。這允許達(dá)到硅外延層厚度的十分之一。電池的趨勢是增加其容量，而此功能與更短的充電時(shí)間相關(guān)。

一個(gè)非常有趣的領(lǐng)域涉及使用位于車庫或公共停車場的充電站對電動(dòng)汽車進(jìn)行無線充電。充電點(diǎn)不一定要與車下的接收器精確對齊（就像智能手機(jī)一樣）。從長遠(yuǎn)來看，我們將嘗試開發(fā)一個(gè)允許在公共道路上集成長載重板的版本，以便即使在移動(dòng)中也能裝載 EV/HEV 車輛，但這將取決于在國家和地方行政層面遇到的困難數(shù)量。無線充電技術(shù)不僅必須納入車輛本身，還必須納入車輛充電的家庭和城市基礎(chǔ)設(shè)施。基于磁共振技術(shù)的無線充電允許電動(dòng)汽車，無論類型或大小，通過將柔性線圈放置在源墊上，使用混凝土和瀝青等材料，自動(dòng)安全地充電。在無線充電中，電源中使用的線圈是分開纏繞的。通過發(fā)射器模塊中的線圈從精確定義的頻率（105 kHz 到 205 kHz 之間）產(chǎn)生磁場。接收器中的線圈產(chǎn)生為設(shè)備電池充電的電壓。

盡管它們比內(nèi)燃機(jī)更安靜，但假設(shè)電動(dòng)機(jī)完全安靜是錯(cuò)誤的。噪音來自發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)部件，例如逆變器和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。盡管與傳統(tǒng)電機(jī)相比，電動(dòng)機(jī)所面臨的挑戰(zhàn)較小，但仍需要付出更多努力來制定機(jī)械和隔音策略。同時(shí)，對于電動(dòng)汽車低速行駛時(shí)產(chǎn)生噪音的規(guī)定和策略，對于聽不見其通過的行人來說是一種危險(xiǎn)。當(dāng)你第一次過馬路時(shí)，你首先使用的是你的耳朵。隨著所有車輛變得更安靜，外部噪音的缺乏對行人構(gòu)成危險(xiǎn)。在典型的城市速度下，風(fēng)噪聲仍然很小，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲大部分被道路和輪胎噪聲所掩蓋。重量分布的變化、重型電池組和更輕的車輛結(jié)構(gòu)的結(jié)合使得整體噪音難以減輕。

氫能汽車

新一代汽車的普遍目標(biāo)是產(chǎn)生更少有害物質(zhì)和更少噪音的汽車。全世界都在試驗(yàn)電動(dòng)汽車（EV）。電動(dòng)汽車屬于電動(dòng)出行領(lǐng)域，其缺點(diǎn)之一是充電時(shí)間長。這是一個(gè)可以用氫氣解決的問題。氫電池利用航天器到達(dá)地球軌道所使用的相同能量。但是氫能汽車是如何工作的呢？有哪些優(yōu)勢和劣勢？

氫能汽車將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。氫可以直接在內(nèi)燃機(jī)中燃燒，在這種情況下，我們有一輛帶有氫內(nèi)燃機(jī)的車輛，稱為 HICEV。或者它可以用來在燃料電池中與氧氣發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生電力。這種類型的車輛被稱為FCEV（燃料電池電動(dòng)汽車），近年來，F(xiàn)CEV引起了許多制造商的關(guān)注。FCEV由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并有一個(gè)車載發(fā)電廠，可以生產(chǎn)和管理氫氣。氫動(dòng)力汽車對環(huán)境的影響很小，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)產(chǎn)生污染排放物（溫室氣體、細(xì)粉塵等），而只會(huì)產(chǎn)生水蒸氣。氫是宇宙中最豐富的化學(xué)元素，但不是自然形式。為此原因，它不完全是可再生資源，必須使用不同的系統(tǒng)生產(chǎn)。整體環(huán)境影響取決于用于生產(chǎn)它的能源。使用可再生資源將減少到最低限度。

氫氣可以通過兩種不同的生產(chǎn)工藝和技術(shù)生產(chǎn)：重整和電解。第一個(gè)對環(huán)境的影響更大，因?yàn)樗婕霸偷拈_采、運(yùn)輸和精煉。電解是通過電誘導(dǎo)的化學(xué)反應(yīng)將 H 2 O 水分子分解成單獨(dú)的氫和氧原子的過程。該生產(chǎn)過程不排放污染氣體，但需要大量能源。電解過程由低壓電流組成，該電流流過水以釋放氣態(tài)的氧氣和氫氣。

氫與電池驅(qū)動(dòng)的汽車一起為未來的可持續(xù)交通做出了重要貢獻(xiàn)。FCEV 汽車可能代表零排放技術(shù)，但我們?nèi)匀恍枰ㄟ^可再生解決方案來提高氫氣產(chǎn)量。降低運(yùn)輸和配送的基礎(chǔ)設(shè)施成本至關(guān)重要。充電基礎(chǔ)設(shè)施也是如此。目標(biāo)是減少對充電的環(huán)境影響。

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