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2021-11-22

汽车工程师 2021年10期
关键词:电动汽车电池车辆

电动重型车辆动力系统有助于降低总拥有成本

国家可再生能源实验室最新报告尝试通过检测关键指标——总拥有成本(TCO),阐述电池动力或燃料电池电动商用卡车比传统柴油动力卡车更具有经济优势的条件。《Class 8牵引车和Class 4运载车辆的TCO时空分析》比较了6种卡车动力系统技术,以量化其TCO,并确定每种技术可能具有经济优势的操作场景。所分析的动力系统包括常规柴油、柴油混合动力电动、插入式混合动力电动、压缩天然气、燃料电池电动和电池纯电动系统。这项TCO研究量化间接成本,例如,由于动力总成较重导致货运能力降低的成本,或者加注燃料或充电的时间停留成本,以及购买、维护、加注燃料或充电以及驾驶车辆的直接成本。知晓这些间接成本,对于了解向零排放运输转变的全部经济意义,具有重要意义。

RoadSafe仪表板使用互联汽车技术帮助驾驶员避开高风险地区

通过使用智能算法,福特的“RoadSafe”技术会处理来自互联车辆、路边传感器和事故报告等来源的匿名数据,以发现交通事故高发地区。地图上会显示这些信息,并确定风险级别。这些信息还可以用来向驾驶员发出高风险热点地区警告。

该仪表板包括各种数据层,包括历史事故数据和基于一系列数据输入的每个路段的“风险预测”评级算法,采用高级数据分析技术进行计算。该“路段风险预测”评级使用不同颜色显示事故高发区。为收数据,这些互联车辆会记录驾驶事件,包括制动、转向和加速,而路边传感器则跟踪不同交通方式的运动。该传感器采用机器学习算法来检测未遂事故,并能够分析弱势道路使用者以及未联网车辆的运动模式。该传感器共享的所有数据都会在视频源进行匿名处理,从而在不侵犯隐私的前提下实现更安全的道路。

带蓄电池的快速充电设备使充电更容易且价格较低

能源集团E.ON和大众汽车集团推出快速充电设备“E.ON Drive Booster”,可使运营商和客户的快速充电过程更容易,且价格更低。作为一种灵活的快速充电器,E.ONDrive Booster不需要进行土木工程或调整电网连接,将超市的普通电源接头和内部电池结合,就可以同时为2辆电动汽车充电,功率为150 kW,平均只需充电15 min即可使汽车续航200 km。这意味着可以更快实现扩展密集型快速充电站公共网络,而这一点对于未来电动汽车实现至关重要。

突破性电源管理技术投入商用

TAE电源管理公司开发了一种专有的智能模块化技术,可管理从10 kW以上到千兆瓦级的功率流。该软件管理电源,而不考虑电池的化学成分或尺寸。这种简洁的通用平台解决方案采用可扩展电源模块,将控制器、转换器和电池组件联网为一体,以提供精确的电力输出,同时监控和主动控制每个模块的充电状态和温度。采用少量的这些集成电源“构建块”,不必从数千个系统特定的电子元件中获取电源。由此产生的技术可在性能、效率和寿命方面产生巨大收益,从而实现规模节约。

新项目旨在准确预测电动汽车电池寿命

实时电气数字孪生操作平台(REDTOP)汽车研究项目,旨在创造“数字孪生”电池,即一个与真实电池相联系的虚拟模型。自1月以来,大约50辆电动出租车和1辆新型电动跑车,总共行驶了50多万千米。每辆车都配备了数据收集物联网设备,该设备可以与该公司的云端软件进行持续通信。然后,由机器学习驱动平台对数据进行分析,并与电池研究人员一起创建电动汽车电池的数字双胞胎。在此基础上,不仅能够展示实时电池性能和健康状态,而且使电池模型具有预测电池寿命的潜力。通过电池监控,可以全面了解电池的活动情况,识别电池之间的差异,包括性能和充电能力等。从长远来看,能够全面了解电池在车辆使用寿命内的健康状况。

深度学习模型可生成超高分辨率碰撞风险图

为了避免碰撞,科学家们开发一种深度学习模型,可以生成超高分辨率的碰撞风险图。结合历史碰撞数据、路线图、卫星图像和GPS轨迹,该风险图可以预测未来一段时间内的预期碰撞次数,以识别高风险区域并预测碰撞。通过捕捉所有地区未来发生碰撞概率的潜在风险分布,无需任何历史数据,就可以找到更安全的路线,使车险公司能够根据客户的驾驶轨迹定制保险计划,帮助城市规划者设计更安全的道路,甚至预测未来碰撞。

该研究团队通过部署更广的网络获取关键数据,并使用GPS轨迹模式识别高风险位置,提供有关密度、速度和交通方向的信息,以及描述道路结构的卫星图像,例如车道数量、是否有路肩或大量行人。然后,即使高风险区域没有碰撞事故记录,仅根据其交通模式和拓扑结构,该方法仍然可以将其识别为高风险区域。

新型工程材料用于电动汽车和可再生能源应用

Borealis和Topas Advanced Polymers已开始合作开发用于电容器薄膜应用的新型工程材料。该材料采用北欧化工的聚丙烯(PP)树脂和Topas的环烯烃共聚物(COC),可弥合标准聚合物和高端聚合物之间的性能差距。这种新材料成本更低,且可以显著提高薄膜电容器的耐温性,因此将对电力转换和传输方面产生重大影响。通过采用新材料,电动汽车的牵引逆变器可在更高温度下更加节能,且可以更有效地将风能或太阳能等可再生能源转换为电力。

与标准PP聚合物制成的电容器相比,目前正在开发的COC材料将显著提高薄膜电容器的耐温性,约将温度提高30~45℃的耐久高温下使用聚合物电容器薄膜,新材料将缩小传统聚合物与昂贵高温塑料之间的差距。这种新材料同时兼备最高电纯度与卓越均匀性,因此可打造出超薄且高度一致的薄膜。

太阳能动力转换装置将车辆续驶里程增2.5倍

Sunray Motors已经成功研发并完成了太阳能混合动力转换装置的测试,该装置可以安装到任何汽油车上,立即就可延长车辆的续驶里程,同时减少排放。该款装置是一个独立的系统,包括一个安装在车顶的太阳能电池板,一个定制的高密度电源,一个电网充电器以及燃料电池。太阳能是该技术的主要动力来源之一,可延长汽车续驶里程,而且能够让车辆从电网充电,而无需使用车辆的电力。因为该太阳能混合动力转换装置能够让汽车的效率更高,即汽油行驶的里程更长,导致汽车的排放也立刻减少。

SES试生产solvent-in-salt电解液可用于混合锂金属电池

SES公司建立了第1条试点生产线,以扩大生产高性能solvent-in-salt电解液。SES用聚合物涂层涂覆锂金属,并使用高浓度电解质抑制枝晶形成,从而解决锂金属电池存在的枝晶安全问题。比起全固态解决方案,这种方法更容易实施。与全固态电池不同,SES solvent-in-salt电解液专有溶剂分子具有低挥发性和自熄性。SES独特的电解液配方对锂金属保持稳定,能使混合锂金属电池在广泛的温度和功率要求范围内实现高能量密度,并提高循环寿命和安全性。

研究人员开发创新工艺以实现大规模回收锂离子电池

密歇根理工大学的研究人员开发了一种创新工艺,用于分离电池正极中的有价值材料。阿贡材料工程研究中心的科学家正在进一步拓展创新分离工艺,为大规模回收电动汽车电池铺平道路。由于电动汽车电池的正极材料根据汽车制造商和生产年份而有所不同,回收商只能使用锂金属氧化物的混合物,如钴酸锂、锂镍锰钴氧化物、锂镍钴铝氧化物、磷酸铁锂等,并分离出每一种材料,以便重复使用。

研究人员通过改良一种名为泡沫浮选的旧工艺,来分离单种正极材料。通过引入一种使目标物质排斥水的化学物质,使正极材料漂浮起来,就可以实现材料分离。在正极材料被分离后,研究人员通过测试确定,该过程对材料的电化学性能的影响可以忽略不计。二者的纯度都很高,可达到95%或以上。

新款LED驱动器具有双亮度功能

芯成半导体有限公司推出全新LED驱动器,以进一步扩展其汽车外部照明解决方案组合。该驱动器是一款具有恒定导通时间的单电感器、多拓扑控制器,用于驱动接地参考的高压LED灯串。该单通道开关LED驱动器集成了PWM引擎和外部控制,可实现后组合灯(RCL)、日间行车灯(DRL)和前大灯的双亮度功能。

该驱动桥开关LED驱动器支持高级功能,例如用于节省电池电量的超低1.5μA关断电流、用于最佳LED亮度控制的3%输出电流精度、用于独立LED调光功能和扩频的可编程脉宽调制(PWM)引擎,以及可最小化设备EMI配置文件的扩展频谱。该驱动还具有其他主要特性,如可编程单LED短路检测、模拟和数字调光、LED电流监控引脚、器件和LED温度监控,以及所有开关拓扑的单电感器要求。

研究人员开发创新方法可将CO2转化为柴油替代燃料

莫纳什大学和北海道大学的研究人员开发了一种方法,可将CO2转化为柴油系列替代燃料,并有望生产净零液体燃料替代品,以更可持续地为汽车提供动力。

在燃料生产制造过程中添加CO2,有可能减少或逆转净CO2排放。再通过太阳能电解水提供这一过程所需的氢,将使整个过程变得完全可再生。最终的结果是产生一种净零碳排放燃料产品。作为众多燃料替代品之一,甲醛醚(OME)因其净零碳排放特性越来越受到关注。二甲氧基甲烷(DMM)是一种柴油混合燃料,也是最简单形式的OME,由于其独特的燃料特性,目前受到高度关注。莫纳什大学开发的方法以CO2、氢和甲醇为原料,在单一反应器中生产DMM。该团队开发了一种基于钌纳米颗粒的创新催化剂,使这种反应成为可能。另一额外优势是,与传统甲醇和甲醛生产方式相比,这一反应可在低得多的温度下进行,从而明显提升能效。

先进高级驾驶辅助系统Dr eamDr ive

电动汽车制造商Lucid公布了其先进高级驾驶辅助系统Dream-DriveTM的具体信息。该系统采用32个车载传感器、多方面的驾驶员监控系统,以及快速的车载以太网网络,通过清晰、用户友好的界面赋能30多项功能。系统DreamDrive Pro包括额外的计算和传感器硬件,可为通过OTA软件更新提供的新功能做好准备。凭借通过OTA方式提供软件和已安装在车辆中的关键设备,系统DreamDrive Pro旨在提高功能。此外,Lucid能够在内部为DreamDrive Pro开发新功能,从而优化DreamDrive Pro的各方面体验。

车内传感器技术集成解决方案

大陆集团宣布为车内传感器技术开发出一种集成解决方案,可满足未来安全标准,且进一步提高车辆的舒适性。此方案结合了大陆多年在人机交互领域的车内摄像头技术,以及雷达传感器技术知识。通过对车内整体进行实时物体监控,不仅仅实现了驾驶员监控,还为未来移动出行提供额外的构建模块。

该技术十分复杂,首先需要将光学和传感器系统集成到显示器中,并最小化到10 mm左右,还要保证最高的美学和外观标准,以精确且完全地集成到显示器中。其次雷达传感器的精确定位必须平等地覆盖内部的所有区域。将这2项技术结合,并精确集成和定位,才得以使车舱传感具有多种应用。

更强更轻材料可分散冲击力提高燃油经济性

加拿大维多利亚大学研究出一种更轻、更强的材料,此类先进的新材料能够更好地分散冲击力,并能够现场对车辆进行修复。该研究能够对一种名为“聚二环戊二烯”的热固性塑料做出微小改变,如增加一个原子,就能够制成一种多功能的新型聚合物。此种材料比其母塑料更坚固、更硬,能够承受子弹或爆炸物造成的重大冲击,同时在极端温度下也极其耐用。此种聚合物能够对现有的制造生产造成很大的影响。此外,采用此种聚合物还可以提高消费汽车的燃油经济性。

铝制上车体可使汽车更轻、可持续

研究表明,铝可以为汽车制造商提供一种强大的、可持续的替代钢材的汽车上车身。此外,铝制上车身可以满足,甚至超过汽车性能标准,但所需包装空间与钢制相同。因此铝制车身可减轻质量,从而提高内燃机车辆的燃油经济性,并降低排放量。若用于电动汽车,该车身还可以提高车辆性能和续航里程,或缩小电池尺寸。

该研究还证实,铝制上车身比钢制上车身需要的组件和接头更少,有助于减少车辆组装的时间和成本;满足或超过各种负载情况的性能属性;保持遮挡和进出;采用最新的成型和连接技术。

新EV推进系统可将电源效率提高15%

ePropelled公司推出了具有新的电动汽车推进系统。新系统可将电源效率至少提高15%,帮助制造商减少电池组的尺寸和成本,从而促进电动汽车的推广和应用。ePropelled的动态扭矩切换系统(Dynamic Torque SwitchingTM,eDTS)由3个主要部件组成,包括eDTS电动机(即无刷永磁同步电机)、电力电子驱动器(包括高压逆变器和根据车辆需求自动选择最有效操作模式的控制系统),以及电子开关矩阵,可将电动机的很多绕组连接到驱动器相位。该eDTS系统使用由创新软件控制的可重构推进电动机,这是完整EV推进系统的基础。有了eDTS,电动机可在低速状态下提供高扭矩,而不会从电池中汲取高电流。另外,可以在不使用弱磁的情况下,以低扭矩水平提供高速运行,从而提高整体效率。

新项目旨在提高AV安全和网络安全性

麦格纳和安大略省滑铁卢大学宣布共同开展一项联合项目,旨在提高自动驾驶汽车的安全和网络安全性。即使自动化系统越来越多地承担驾驶任务,但研究仍将侧重于保证车辆及其周围人员的安全。随着越来越多的车辆系统连接到互联网,该团队还将考虑保护隐私和安全。麦格纳提供的测试车辆上搭载众多驾驶员辅助功能,包括紧急制动、自适应巡航控制和车道保持系统。

集成变压器模块技术可提高混动和纯电动汽车续驶里程

德州仪器宣布推出1.5 W隔离式DC/DC偏置电源模块。该模块采用专有的集成变压器技术,可使设计人员将其电源解决方案尺寸缩小一半,以用于纯电动汽车(EV)、混动EV、电机驱动系统和并网逆变器等高压环境。

随着电动汽车市场的加速增长,汽车设计工程师不断寻求解决方案,以提高效率和可靠性,同时减轻电动汽车中最重的动力系统的质量。为了满足对更小、更可靠的系统的需求,以扩展驱动范围,工程师开始使用分布式电源架构。该架构方案中,每个隔离栅极驱动器都配有一个专用的偏置电源,改进了系统对单点故障的反应方式。例如,如果一个偏置电源出现故障,其他偏压电源及其配对的栅极驱动器仍可正常工作,从而有助于确保车辆安全行驶。

4 项汽车信息安全国家标准发布保障消费者数据隐私安全

根据技术进步和产业发展需要,工业和信息化部、市场监管总局发布了通用技术要求、车载信息交互、网关信息安全、远程服务与管理系统信息安全等4项国家标准,可概括为“一项指南、三大典型应用”。其中,《汽车信息安全通用技术要求》主要发挥指南性作用,基于汽车信息安全风险危害及诱因、系统性防御策略,从保护对象的真实性、保密性、完整性、可用性、访问可控性、抗抵赖、可核查性及可预防性等8个维度明确了通用技术要求,不仅对整车及零部件信息安全开发提出相应要求,也将为汽车信息安全事故信息采集和处置提供了有力保障。“三大典型应用”《车载信息交互系统信息安全技术要求及试验方法》、《汽车网关信息安全技术要求及试验方法》、《电动汽车远程服务与管理系统信息安全技术要求及试验方法》主要基于汽车尤其是智能网联汽车典型的、易受攻击的应用场景和网络节点,重点考虑车辆受攻击后的危害影响,形成相应的车载信息交互系统、汽车网关、电动汽车远程服务与管理系统等信息安全标准。

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