2023年电动车十大硬件技术分析
来源:新闻动态 发布时间:2024-01-03 00:43:44中国汽车工业协会最新多个方面数据显示,2022年,我国汽车产销分别完成2702.1万辆和2686.4万辆,同比增长3.4%和2.1%,全年实现小幅增长,我国汽车产销总量已连续14年居全球第一。预计2023年新能源汽车产销涨幅和新车渗透率预计都将在40%左右,整体销量规模有望触达1000万辆。届时,中国将有望成为全世界第一个新能源汽车进入千万量级的国家。
随着新能源汽车销量和渗透率的增加,消费者对于新能源车的痛点也急需解决:续航焦虑、补能焦虑、成本焦虑。各大车企纷纷引入高压平台以解决以上问题,2023年,围绕汽车800V甚至更高压平台的普及,对于快充、电池、电驱、电容等一系列硬件都提出了更高的要求。其中有哪些硬件技术将实现快速落地量产?
根据佐思汽研发布的《2022 年汽车激光雷达产业研究报告(国内篇)》显示,2022 年上半年,国内乘用车新车激光雷达安装量达到 2.47 万颗;2022 年下半年,国内拟交付的激光雷达新车达到 10 余款,包括小鹏 G9、威马 M7 等,预计全年总安装量有望突破 8 万颗。
目前几乎所有采用多激光雷达的车型,全车都统一使用了一种激光雷达,而且规格都是完全一致,比如搭载华为系智能驾驶解决方案的车型,它们都是使用了规格完全一致的等效96线半固态激光雷达,而其中起到最主要作用的,就是那颗布置在车头部位的激光雷达,其他布置在侧翼子板和尾部的激光雷达,则是为增强冗余和补盲而使用的。
补盲激光雷达,一般会布置在车辆的侧面,增强侧向冗余,特别是对于保证自动变道的安全性,有一定的帮助。加入了侧向的补盲激光雷达之后,在泊车或者并线转弯时,可以更好地加强对于静态物体的识别,因为激光雷达的点云对各种状态的物体都很感兴趣,可以最大可能地避免像特斯拉自动泊车过程中那样撞到别人的车辆,或者刮到墙壁的情况。这种补盲激光雷达在增强侧向冗余和识别能力的同时,最大有可能把毫米波雷达和超声波雷达替代掉。
目前市面上固态补盲激光雷达主要有两款,一款是禾赛科技的FT120,另一款是速腾聚创的E1,当然它们背后的禾赛科技和速腾聚创两家也一起占据了中国车规级激光雷达市场的半壁江山。在2023 CES中,国产厂商纷纷亮出了自己最新的补盲激光雷达产品。
车载毫米波雷达几乎成为L2及以上智能驾驶的标配。统计多个方面数据显示,2020 年中国市场前装角雷达搭载量为414.28 万个,同比增长72.53%;前向毫米波雷达上线%。
过去,毫米波雷达被认为是辅助型的传感器,其产品定位和基本功能是实现碰撞预警,而今,随着无人驾驶向更高级别演进,毫米波雷达的性能也亟待提升,例如:高程分辨能力和高分辨力、更远的作用距离、易于和视觉融合、能够用雷达数据集训练AI。这四项能力的提升,意味着毫米波雷达可以和视觉一样,具备对周边进行精准的检测、跟踪、识别等成像系统的能力。从物理属性来看,相对于激光雷达和摄像头等光学传感器,毫米波雷达不受光线的制约,在雨雾雪等恶劣天气下均能正常工作,在车载传感器领域赢得了“全天时、全天候”工作的美誉。
目前,行业在车载毫米波雷达成像技术上的进展大致上可以分为两种,一种是俗称的4D成像(即建立在FMCW体制上的增加高度维信息的4D成像),另一种是车载SAR成像。
从成本来看,激光雷达的价格多在1000美元,而4D毫米波雷达成本约为激光雷达的1/10。正因如此,4D毫米波雷达被认为可以直接替代一些低线束的激光雷达。伴随着赛灵思、华为以及博世等供应商的竞相追捧,4D毫米波雷达被推上“风口”,成为智能驾驶“多传感器融合”领域最存在竞争力的方案之一。包括大陆集团、采埃孚、安波福、博世等传统巨头开始陆续宣布4D毫米波雷达的相关解决方案,国内的华为、复睿智行、苏州毫米波、华域、楚航科技、威孚科技等公司也对该领域进行了布局。
电池是电动车的核心部件,直接决定了对电动车来说最为关键的续航能力。随着新能源逐渐升温,对电池行业的投入也慢慢变得大,未来几年,电池技术将迎来快速的发展。
4C代表着电池系统充电倍率,通俗的来讲就是1C充电可在60min将电池系统电量充满,而4C则可以在15min将电量充满,在充电电流增大的前提下,可以有实际效果的减少充电时间,为用户充电问题提供有效的解决手段。目前市面上绝大多数主流的动力电池包均只支持2C的充电倍率。
目前非常有名的麒麟电池就是4C电池的一种,它是电池产业龙头宁德时代发布的第三代CTP技术,也就是无模组电池包。这项技术最早是宁德时代在2019年全球首创,当时的第一代CTP技术,令宁德时代的电池体积利用率突破了50%大关。而CTP技术发展至第三代,其体积利用率达到了72%,可将三元电池系统单位体积内的包含的能量提升至255Wh/kg,磷酸铁锂电池系统单位体积内的包含的能量提升至160Wh/kg。
4C电池的优点能解决严寒地区电池充电效率下降的问题。首先就是快速加热电池,达到合适充电温度。速热技术通过超充桩高频脉冲板块与车端BMS互通,高频脉冲速热策略结合自主开发BMS功能模块开发,通过与桩端脉冲板块双向响应,在保证电芯应用安全的基础上,使电池在低温度的环境中快速从极寒温度下升温至20-25℃的舒适区。
其次则是通过4C电芯快充功能为电池补能。而在电芯设计方面,通过调整电芯厚度提升散热能力,结合快离子环、各向同性石墨、超导电解液、多梯度极片设计等技术,提升化学反应过程中的电荷传递及离子迁移速度,实现4C充电倍率。-10°C的环境和温度下仅需5min即能为车辆补充130km的续航。
最后是速冷,大倍率快充在提供优质充电体验的同时,也需保障电池在快充过程中的温升控制。电池温控系统一体式集成技术进行电池系统和整车的热管理双优化。电池系统中采用双进双出双面结构设计,提高液冷流量,散热效率提高一倍,有效提升系统温度一致性。整车端通过三通阀设计实现内循环与外循环,外循环实现桩端大功率制冷,通过快插结构设计实现车桩的液冷回路连接,保证密封性及使用可靠性。4C超充场景下,可维持电芯温度不超过45℃。
麒麟电池将横纵梁、水冷板、隔热垫集成为多功能弹性夹层,同时电芯倒置,采用多模块底层空间共享,大幅度的提高了冷却效果(+50%)、体积利用率(72%)和快充性能(4C)。麒麟预计23年实现量产,适配铁锂、中镍、高镍多体系电芯,预计首批搭载理想、哪吒新车型,未来随着规模效应的释放,降本提高性能优势更显著,车企意愿度随之进一步提升。铁锂+麒麟电池可与刀片电池竞争,高镍三元+麒麟电池可与4680竞争,进一步强化宁德全球龙头地位,同时提升了水冷板的价值量,加速4C快充技术的迭代。
从成本与技术角度来看,大功率高压快充正逐步成为新能源汽车的标配,众多主流车企相继推出800V高压平台架构,并加速向1,000V甚至更高电压架构演进升级。大功率快充趋势之下,整车系统及充电桩所配置的半导体元器件都要重新选型,以适配高压系统对器件耐压等级、耐高温、绝缘、低损耗等方面的更高需求。
为缩短充电时间,提高补能效率,推动新能源汽车全面普及,比亚迪、小鹏、吉利、华为等主流企业纷纷入场,推出高压平台解决方案,为大功率快充应用落地提速。预计到2026年,800V以上高压平台销量将超过580万辆,占电动汽车50%以上,而800V以上高压平台车型存量可达1,300万左右。
国内ChaoJi充电标准 2021 年发布,超级充电基础设施加速布局。ChaoJi充电源自中国大功率充电研究,并与德国、日本交流推进,可支持350kW-900KW大功率充电,充电电压1000-1500V,充电电流500-600A,10分钟增加续航300公里以上。新一代的ChaoJi充电技术路线发端于电动汽车大功率充电需求,但并不简单指大功率充电接口,而是一套完整的电动汽车直流充电系统解决方案。立项标准预计2021年底完成,并开启试点示范,预计2025年普遍安装。
快充对电网冲击很大,10个100~200kW的直流充电桩,需要一个额定1MW的变电站。电网改装需要审批;就算审批顺利,如果完全靠快充桩处理问题,对全国配电网扩容压力巨大,所需总投资额将是十万亿级别的。
“光储充”一体化电站,简而言之,就是集光伏发电、储能、充电于一身的一个综合功能电站。它有三个特征:1、可实现光伏发电自发自用;2、余电储存;3、可结合储能峰谷电价差套利。“光储充”智能充电站的概念,在国内最早由宁德时代提出。宁德时代通过4年投入,开发出一个类似集装箱大小、带储能功能的充电站,能够为用户更好的提供储能、快充、电池健康检测等服务。在用电高峰,该充电站可给电网供电;逢用电低谷,则给自身或电动车充电,起到削峰填谷的作用。宁德时代实现了光储充智能电站的快速落地。
“光储充”系统能很好地应对超充时代的高电压、大电流对电网产生的冲击。在电动汽车集中充电或者大规模充电的时候,通过储能系统来平抑电动汽车引起的电网波动。业界人士称,光储充项目能够最终靠储能来解决电网增容、扩容的矛盾问题。
目前,国内的车企还没有大量涉足该领域。目前国内布局“光储充放”的企业主要是宁德时代和华为,特斯拉短期在中国推广并不是特别容易,但在5年的时间维度看,其竞争力非常明显。
超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置,它既具有电容器快速充放电的特性,同时又具有电池的储能特性。顾名思义,超级电容的容量比通常的电容器要大的多,并且对外表现跟电池相同,因此也被称为电容电池。
传统电池如果频繁充放电的话,就会影响电池的常规使用的寿命,频繁更换电池,又是一笔不小的开销,这时候就能看出超级电容器的重要性了。
超级电容器在电动汽车混合燃料汽车和特殊载重车辆方面有着非常大的应用价值和市场潜力。
超级电容器作为电动汽车和混合动力汽车的动力电源,可以单独使用或将其与蓄电池联用。这样,超级电容器在用作电动汽车的短时驱动电源时,可以在汽车启动和爬坡时快速提供大电流从而获得大功率以提供强大的动力。
在正常行驶时由蓄电池快充,在刹车时快速存储发电机产生的瞬时大电流,回收能量,由此减少电动汽车对蓄电池大电流放电的限制,延长蓄电池的循环常规使用的寿命,提高电动汽车的实用性。由于超级电容器在使用的过程中没有一点的化学反应,完全属于物理变化,因此相对来说更加安全。再加上其充放电速度极快、功率密度高、大电流放电能力强,同时在质量上也更轻,因此更适合在高性能混动车型中应用。
兰博基尼首款混合动力车型Sián FKP 37就率先应用了这项技术,新车采用全新的轻型混合动力架构,拥有一个功率密度为2400W/kg的超级电容器。官方宣称,比相同的重量锂电池的功率密度强三倍。这个特性很适合追求极致轻量化的超跑,在降低重量的同时,获得更大的马力。
不过,目前超级电容的单位体积内的包含的能量离电动汽车的要求还尚远,还无法作为单独的能量储备设备运用在普通民用车上。
随着碳化硅的普及使用,在同等的体积下,电驱动系统通过优化电机和逆变器,从150kW升级到300kW,已经是新车中的时尚。我们一般把这类800V、250kW以上的高性能动力总成叫做高压大功率电驱动系统。这个系统不仅是具备高峰值功率,还能支持200-260km/h的最高车速,同时,对起步加速、爬坡都提供更强的动力。扭矩响应迅速,在起步加速、超车过程中都有更好的推背感。
2021年12月26日,株洲中车时代电气股份有限公司发布国内首款基于自主碳化硅(SiC)大功率电驱产品C-Power 220s,该产品系统效率最高可达94%,可适应当前新能源汽车高频快充、长续航、高安全的需求。作为新能源汽车“三电”系统之一,电驱系统是新能源汽车的动力源与核心零部件,被称为汽车之“芯”。C-Power 220s电驱系统采用的第三代半导体材料碳化硅,是制作高温、高频、大功率、高压器件的理想材料之一,基于碳化硅的解决方案可使系统效率更加高、重量更轻,且结构更紧凑。
新能源汽车是碳化硅最重要的下游领域,应用了碳化硅技术的C-Power 220s高压碳化硅电驱系统产品具有系统功率密度高、系统损耗少、续航能力强的优势,其系统效率最高可达94%,广泛适配于高端轿车、SUV等车型,可灵活前后置搭载,能为乘客带来更安全、更高效、更节能的驾乘体验。
轮边电机是装在车轮边上的电机,是通往轮毂电机的一种过渡。轮边电机采用轴向电机驱动4个车轮,可以由单独的电机驱动,每个车轮都能有自由的转速和旋转方向。在比亚迪的仰望上面,能看到这种技术的的首次应用。通过左右两侧车轮正反转就能实现原地掉头,这是多少新手司机的福音。
轮边电机的驱动布置形式会对车辆的操作性和舒适性产生一定的影响。但是在要求较低的商用车行业,轮边驱动电机的优势则变得很显著。轮边电机可以大幅度简化车辆结构,缩短动力传递路径,进一步提升能量的传动效率,使电能得到最大限度的利用。而且轮边电机系统由于其电机安置离轮毂近的特点,对于后期的维修服务很友好。但其缺点也很明显,轮边电机的安装尤其是在后轴驱动的情况下,由于车身和车轮之间有很大的变形运动,对传动轴的万向传动具有一定的限制,对车辆的操纵性和舒适性产生一定的影响。正是因为轮边电机显著的优缺点,使其目前在商用车领域的应用前景远好于在乘用车领域。
在商用车领域,国际上布局最为领先的是比亚迪、采埃孚和奔驰一类专门从事电机研发技术且有成熟产品的公司。其中,以国际零部件巨头采埃孚布局最为迅猛,安装了采埃孚轮边电驱动车桥的车辆已经正在亚欧城市中试用(如图2),并且得到了德国联邦交通和数字基础设施部的补贴。近年来一些新型和传统的零部件巨头,如Protean、Elaphe舍弗勒、日本 NSK也开始意识到轮边电机的重要性,逐步加强在轮边电机领域的研发投入。
从专利的目标申请国分析发现,中国是最受到国内外企业关注的市场,其次是美国和日本市场。现阶段,轮边电机的发展动力主要受到各国的政策影响,尤其是中国政府在近20年内对新能源汽车相关产业投资超过2万亿,极大地带动了轮边电机产业的发展。另外,从轮边电机专利申请人排名分析能够准确的看出,以比亚迪和宇通客车为代表的国内企业是当前该领域的申请主力。其次是以斯巴鲁、本田为代表的日本车企和德国奔驰、保时捷等一众的老牌车企。这一些企业均在商用车零部件或者整车领域有成熟业务。
最后,虽然以特斯拉为代表的集中式驱动形式仍是纯电动乘用车底盘技术的主流。但相信在不远的将来,轮边电机在突破技术层面的难点后,它能量利用效率高等优势将会促使其在乘用车领域的规模化应用。
钠离子电池与锂离子电池相似的工作原理,主要是通过钠离子在正负极之间的嵌入、脱出实现电荷转移。
但是相较锂离子,钠离子体积较大,在材料结构稳定性和动力学性能方面要求更严苛,这也成为钠离子电池迟迟难以商用的瓶颈。
钠离子电池技术路线有三个天然优势,原材料便宜、拥有不错的性能特征、量产工艺能用锂电池的产线。钠离子电池使用的电极材料主要是钠盐,相较于锂盐而言储量更丰富,价格更低廉。由于钠离子比锂离子更大,所以当对重量和单位体积内的包含的能量要求不高时,钠离子电池是一种划算的替代品。事实上,也正是因为锂电池主要原材料——碳酸锂价格暴涨,才让作为备选方案的钠离子电池有了当下热度。
2021年底,宁德时代和孚能科技就表示,钠离子电池普遍能够完全满足小型车的续航需求。由于钠离子的化学特性跟锂离子电池很相近,这使得钠离子电池量产的替代锂电池具备可能。但对于制造环节来看,钠离子电池的成熟工艺、产品质量稳定性、良品率等仍需时间加强完善,对标锂电池,钠离子电池距离大规模量产化还有7、8年的时间,2023年的最大看点,是看宁王能不能把两代钠电池做出来。
目前来看,钠离子电池的量产至少还要解决三个问题:上游的材料供应、 钠电池的生产的基本工艺、钠电池的验证测试。我们期待2023年,钠离子电池的产品能在储能、两轮车上进行落地,逐步再扩展到商用车和乘用车上。
2022年6月份,特斯拉量产车Model S Plaid 交付,使用了全新的轭式方向盘,完全颠覆传统方向盘的设计,取消了方向盘上的按键和拨杆,不仅转向灯、喇叭都通过触控来完成操作;换挡的操作也通过点击屏幕来进行。
轭式方向盘在造型上可以说是颠覆了传统方向盘的设计,相比传统方向盘上的按键和拨片,轭式方向盘的转向灯、喇叭都通过触控来完成操作。此外,轭式方向盘上的滚轮还能够直接进行激活中控屏幕换挡器,通过点击屏幕进行换挡,从而来进行换挡操作。相比传统的换挡把和旋钮式操作,这个设计非常超前。这也就从另一方面代表着,使用轭式方向盘的车辆只需要踩油门前进,不有必要进行换挡操作。
这些操作听起来很有创意,但是也存在着一定的弊端。虽然在行车时的操作方便了许多,但是由于造型的问题,许多人也许并不适应轭式方向盘的造型设计,并且触控式的设计也会存在误触行为的发生。不过有必要注意一下的是特斯拉的轭式方向盘并没有装备“渐进式转向”和“线控系统驱动”,这也让人质疑,特斯拉的轭式方向盘是否灵活方便或者是操作准确,而且在新的设计下安全性能又如何?
电动车(EV)和插电式混合动力车(PHEV)正在形成一个前所未有、充满了许多活力的移动电能消费类市场,电力提供方(电力公司)和汽车所有者之间的关系也日益清晰。许多电力公司已或正在计划为EV用户更好的提供特殊的费率标准,包括固定月费率。 EV为电能市场注入了新的活力和需求。实际上,EV与能源提供者之间相互依存的关系已开始形成。由于EV储能容量较大,通常为10kVH,在数小时内需要吸收80A甚至更大的电流。这为电网设备增添了重大压力,特别是对低压变压器,可能在为用户家庭供电时产生过热甚至出现故障。另外,EV储备的电能也可以产生电流倒灌,向电网输送电能,以解决供电高峰时期的电力需求,避免启动高碳排放的柴油发电机。 为了建立这
锂电池使用日益广泛,使得锂电池充电方法非常关注。对于不同的锂电池,通常具备不同的锂电池充电方法,这也是大家无法短时间之内全面掌握锂电池充电方法的原因。锂电池不仅被应用在手机上,电动车也离不开它。电池是电动车的“心脏”,而锂电池也开始凭借各种优势展露角头。但是,如果要想延长其常规使用的寿命,就必须得懂如何正确充电! 为帮助大家更好的掌握如何正确的给锂电池充电,本文将介绍一下手机锂电池充电和电动车锂电池充电的正确方式,一起来了解一下吧。 锂电的寿命一般为300-500个充电周期。假设一次完全放电提供的电量为1Q,如不考虑每个充电周期以后电量的减少,则锂电在其寿命内总共能够给大家提供或为其补充300Q-500Q的电力。由此知道,如果每次用1
电动车以其出行便捷、低碳环保的优势已进入我们的生活,但它的充电器故障率较高很令人头疼。出于这个缘故,本人根据多年酌维修经验,总结了电动车充电器的常见故障的维修方法,供各位参考。由于电动车充电器的输入电路工作在高电压、太电流的状态下,因此,故障率最高。如高压大电流整流三极管、滤波电容、开关功率管等;其次较易损坏的就是输出整流部分的整流二极管、保护二极管、滤波电容、限流电阻等;再就是脉宽调制控制器的反馈部分和保护电路部分。 1.保险丝管熔断 正常的情况下,保险丝管熔断说明充电器的内部电路存在短路或过流的故障。这是由于充电器长时间工作在高电压、大电流的状态下,内部器件的故障率较高所致。另外,电网电压的波动,浪涌都会引起充电器内
据中汽协发布的最新多个方面数据显示,2017年7月新能源汽车产销分别完成5.9万辆和5.6万辆,同比分别增长52.6%和55.2%。其中,纯电动汽车产销分别完成4.6万辆和4.5万辆,同比分别增长69.6%和70.2%;插电式混合动力汽车产销均为1.2万辆,同比分别增长10.0%和16.3%。下面就随汽车电子小编共同来了解一下相关联的内容吧。 今年1-7月份,新能源汽车产销分别完成27.2万辆和25.1万辆,比上年同期分别增长26.2%和21.5%。其中,纯电动汽车产销分别完成22.3万辆和20.4万辆,比上年同期分别增长37.8%和33.6%;插电式混合动力汽车产销分别完成4.9万辆和4.7万辆,比上年同期分别下降8.8%和12.8%。
1 引 言 2001年,美国发明家Kamen发明了一种新型的方便快捷的两轮交通工具“Segway”,行走平衡控制技术成为全世界机器人控制技术的研究热点。以平行双轮电动车作为移动平台为机器人的研究提供了技术上的支持,同时由于他的行为与火箭飞行和两足机器人有很大的相似性,因而对其运动平衡控制研究具有重大的理论和实际意义。文献 介绍了平行双轮电动车的控制器电路,以C8051F020单片机为控制核心通过调整车体平台的运行位置,从而使车体平台从始至终保持平衡状态。然而其并没考虑载人、载物的因素以及转向和特殊路面、打滑等方面。再者,作为一种交通工具,由于没考虑初始自平衡的设计,将会给以后的产业化进程提出新的挑战。因此就需要寻找操控方法、原理均不同的其
控制系统设计 /
1引言 大气污染对人们的健康已造成危害,机动车燃油所排放的尾气是造成大气污染的根本原因之一,特别是在人口拥挤的大城市,加上日益严重的能源危机,迫使人们不能不认认真真地对待未来交通的发展问题。所幸的是以上问题已经引起了国家相关部门的重视,以铅酸蓄电池为动力源的研究早在上世纪80年代慢慢的开始,由于当时电机效率低、蓄电池寿命过短、充电器不配套、控制器不太可靠等原因,曾一度偃旗息鼓。到了上世纪90年代中期,电瓶车又一次面临机遇与挑战,成为一个热点产业,具有环保和高科技的特征。 2电瓶车及其配套电池标准 为了规范和引导电瓶车行业的健康发展,国家质量技术监督局于1999年5月28日发布了国家标准《电瓶车通用技术条件》,于199
1月23日,中国首辆面向私人市场量产的纯电动车——荣威E50正式挂牌上路。当天上午,在位于上海国际汽车城的新能源汽车展厅,市民钱先生从经销商手中接过荣威E50的车钥匙,成为荣威E50的全球首位车主,同时他还免费领到了上海市首块新能源汽车专属私车牌照。在此之前,全国范围内虽有纯电动车挂牌上路,但大都面向出租及公交领域。 两级补贴 免费牌照 据了解,荣威E50纯电动汽车于去年11月正式上市,其市场指导价为23.49万元,在享受国家和上海市政府的两级补贴后,终端售价仅12.8万元,此外更可免费获得上海市新能源汽车专属的私车牌照。2013年1月,上海市的私车牌照拍牌价已达到7.5万元,二手车牌突破了8万元大关,购买
0 引言 电瓶车以其“轻便、环保、低噪音且价格低”等优点,成为人类常用的运输、代步工具,给人们的出行带来了极大的方便。据不完全统计,目前中国电瓶车累计销量已经有1.5 亿辆以上,基本上十个人中,就有一个人购买过或者使用电瓶车。在国外近几年欧、美国家对电瓶车需求也在不断地增长,电瓶车在全球的潜在市场呈扩大趋势。目前电瓶车蓄电池一般用采用免维护铅酸电池,工作电压为36V 和48V,功率在150W ~ 400W 之间;大多数车厂采用的控制器欠压保护电压也都是31.5V.在电池电压低于32V 以后一直到27V,所增加的续行能力不到2 公里,而对电池的损伤却非常大,因此当我们正在途中行驶时,一经发现控制器
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