牺牲阳极

扒一扒让电动汽车更轻、更快、更智能化的7大「革命性」控制技术

2022-10-23 14:16:22 147小编

人们PR白银城想像和憧憬:未来的电动汽车,Sonbhadra变异成什么模样?

如果有一个Auterive,那一定是轻巧、更快、更智能化。

以现代汽油车为例,它的变异意味著更低的低油耗和排放量。进行调查统计数据显示,电动汽车总重量每瘦身30%,汽油工作效率可提高20%-24%,甲烷排放量减少20%。

在碳中和的大大背景下,电动汽车高性能是各小车企争相争抢的路径。而节能环保黄金时代的来临,又更进一步为电动汽车智能化的重构提供了基础。

再者,节能环保电动汽车的动力装置一般来说占轻量化总产品质量的30%~40%,明显低于现代汽油车动力装置产品质量和内部空间占比。

另再者,对于节能环保电动汽车来说,高性能意味著较长的续航力平均速度,续航力平均速度是节能环保电动汽车发展的重要捷尔恩河。

在高性能要求下,节能环保电动汽车赛车场有了捷伊作法和动作游戏,各种高性能控制技术以求荣登黄金时代的T台,再次重构和诠释自己。

宝石物理感应器

较之现代的电动汽配,全球定位系统等感应器的配有使电动汽车更为智能化,但即使目前工程车上已配有了头蕊感应器,也不能全然化解大部份情景的安全可靠问题。

物理感应器是用物理监督机制建立极其高精确度的感应器,单纯AuF认知,较之现代感应器,物理感应器的精确度更高,操纵性大列佩季哈区。

近些年,随着控制技术的插值,物理感应器商品化应用应用领域的呼声愈来愈高,药理学、纤枝等应用领域都开始出现物理感应器的踪迹。

在智能化发展的大背景下,物理感应器也加速走向电动汽车市场,物理感应器在电动汽车应用领域的应用应用领域,能为电动汽车提供更灵敏的反应和视力大列佩季哈区的眼睛。

此前行业内就有权威专家预测,未来,物理感应器将在电动汽车应用领域发挥愈来愈重要的作用。

但现代的物理感应器组件较多,体积和总重量较大,配有在电动汽车上似乎不太现实。

2019年,麻省理工学院研究人员在硅芯片上创建了基于宝石的物理感应器,通过利用常规的制造控制技术,将众多现代的巨大片段压在几十分之一毫米宽的正方形上。

历经三年洗礼,宝石物理感应器有了新进展。

近日,东京工业大学研究人员报告了一种基于宝石物理感应器的检测控制技术,首次将宝石物理感应器带到了电动电动汽车电池应用领域。

一般来说,电动电动汽车是通过分析电池的电流输出来监控电池中剩余的电量,同时计算剩余的行驶平均速度,而这一过程往往存在10%的错误率,从而导致电池使用工作效率低下。

基于宝石物理感应器的监测控制技术可以把错误率减少到1%,甚至0.11%。

换言之,在该控制技术下,可以将电动电动汽车的行驶平均速度延长10%,或者说,在相同的行驶平均速度下,能将电池总重量减轻10%。

据东京工业大学研究人员所说,宝石感应器还可以帮助监测温度,有助于改善电池控制。

固态锂金属电池

图源:《Nature》

行业内,固态锂金属电池控制技术被誉为革命性控制技术,甚至被称为动力电池的未来。

什么是固态锂金属电池?

与目前市场上电动电动汽车电池所用的现代锂电池不同,再者,固态锂金属电池在负极中用锂金属替代了市场上现代电池所使用的石墨和硅,能达到更高的能量密度;另再者,使用固体电极和固体电解质取代锂离子电池中的液体或聚合物凝胶电解质,能防止锂离子的外漏,从而减少电池短路的发生。

单纯AuF讲,较之市场上的现代锂离子电池,固态锂金属电池体积小、总重量轻,另外充电更快,电池寿命较长,同时也更安全可靠。

近些年来,不管是学术界还是资本界,对于固态锂金属电池的追捧都可以说是渐趋疯狂,究其原因在于,其能极大缓解节能环保电动汽车发展过程中的安全可靠焦虑和平均速度焦虑,同时也更符合未来电动电动汽车发展的高性能趋势。

但长时间难于攻破的控制技术难关,使固态锂金属电池难于真正走出实验室。

近年,有好消息陆续传来。

3分钟内充满电,充电循环超1万次,电池寿命超20年,美国哈佛大学对于固态锂金属电池的研究有了捷伊控制技术突破。

去年5月,美国哈佛大学就曾公布固态锂金属电池的进展,但彼时的控制技术停留在10-20分钟内全然充电,10-15年的电池使用寿命层面上。

此次固态锂金属电池控制技术捷伊突破,可以说,直接拉高了电池控制技术水平的平均线,若真正大规模产业化或将成为化解制约电动电动汽车发展动力问题的关键,更进一步赋能电动电动汽车行业。

目前,固态锂金属电池在加速其商品化应用应用领域的进程。

据了解,初创公司Adden Energy宣布已获得哈佛大学控制技术发展办公室授予的独家控制技术许可,用于推进该控制技术的商品化,其目标是将电池缩小为手掌大小的软包电池。

《2021-2025年全固态金属锂电池行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示,预计2025年之前,首批固态锂金属电池将进入市场,未来10年,固态锂金属电池将是电动电动汽车动力电池的发展趋势。

钒阳极电池

图源:TyFast 公司官网

2022世界动力电池大会上,广汽集团董事长曾庆洪一句自己是在为宁德黄金时代打工,把电动汽车动力电池应用领域的窘境彻底展露在大众的视野。

近些年来,车企一边寻找捷伊供应商,一边寄托市场带来捷伊替代品。

钒阳极电池这个新概念也在这个夏季进入人们的视野中。

6月,据外媒报道,TyFast宣布公司开发制造钒阳极电池,并称钒阳极电池充电速度比普通锂离子电池快20倍,可将使用寿命延长20倍,能实现3分钟内充满电,支持2万次充电循环。据了解,该电池仍能提供当前电池80%到90%的能量密度。

首先来了解下什么叫钒阳极电池。

跟去年掀起一波讨论热度的钒电池(全钒氧化还原液流电池)不同,钒阳极电池仍属于锂离子电池。

现代的锂离子电池充电时间会受到锂离子流入和流出阳极的速度影响,用于阳极的石墨具有平面结构,能在其间自由滑动。

与现代锂电子电池不同,TyFast改用锂钒氧化物(LVO)制成电池阳极,较之石墨,有着两大优势。

再者,锂钒氧化物(LVO)传输速度是石墨的10倍,大幅减少充电时间,另再者,在充电和放电时,锂钒氧化物(LVO)膨胀和收缩小于石墨,这意味著阳极的机械和化学损伤更少,从而能延长电池寿命,

但钒阳极电池也存在缺点,与石墨较之,同产品质量的LVO含有更少的离子,且更昂贵,约为石墨阳极的两倍。不过研究团队认为,由于LVO的生命周期较长,因此可以弥补其高成本的缺点。

202年,UCSD纳米工程师和Tyfast联合创始人首次在《自然》杂志上报告了LVO阳极,目前,钒阳极电池的产品仍停留在计划书上。

随着控制技术的插值,或将在不久后能与市场见面。

混合放电控制技术

图源:IEEE Spectrum

在全球碳中和的大背景下,现代汽油车在市场的霸主地位逐渐被节能环保电动汽车所撼动,电动化和智能化不断重塑整个电动汽车产业形态,然而,当一个新事物出现之后,与它相关的问题也随之而来。

依靠汽油发动的现代汽油车在发生碰撞时会导致电动汽车起火,那么依赖高电压电池的电动电动汽车在碰撞后是否也会发生触电事故?此前,行业内就曾出现一波讨论热潮。

相关研究表明,尽管发生几率很小,但仍存在这个可能。

在电动电动汽车上,动力电池、驱动电机、高压配电箱和高压线束等零部件组成了轻量化的高压系统,一般来说,电动电动汽车的电池电压在336-800V 区间。

在轻量化制造中,为了防止高压触电,电动电动汽车会内置触电保护装置,在发生碰撞之后,电动汽车的中控系统会切断相应的高压电路,具体表现为,当电动汽车电源的火线和零线的电流不相等,断路器将立即跳闸,将电池与其他部件隔开,并且通过齿轮箱与驱动电机断开连接。

联合国欧洲经济委员会(UNECE)条例R94规定,在发生碰撞后,除电池本身外,任何工程车部件的电压必须在不到一分钟的时间内降至安全可靠水平(60 V)。

然而在现实中,当电动汽车发生碰撞时,分别存储在电容器和电机中的残余电能和机械能将在直流母线内保持初始电流水平5分钟以上,这不仅违反了高压安全可靠要求,而且增加了触电的可能性。

今年7月,英国约克大学的副教授Dr Yihua Hu 与他的研究团队提出了一种可明显减少这种情况发生的几率的控制技术,相关研究发表在《IEEE电力电子学报》上。

Dr Yihua Hu 与他的研究团队提出可以通过内部机器绕组辅助外部泄放电路来实现快速和安全可靠的放电,目前已在实验室的电动机系统上进行的模拟和实验。

实验结果表明,电路泄放器和内部机器绕组的组合可以在短短5秒内将直流母线的电压安全可靠地减少到60 V。

据了解,该控制技术可以减小内部机器烧组的尺寸,实现符合高性能要求且成本低的放电控制技术,团队目前正在与Dynex Semiconductor 和 Lotus Cars两个公司合作,在现实世界中测试这项控制技术。

碳陶刹车盘

在电动化和智能化的发展大潮中,碳陶刹车盘的优势愈发凸显。

  • 相较现代用金属材料制成的现代刹车盘,碳陶刹车盘更耐高温、摩擦性能更高且更稳定,在制动系统中,能减少因摩擦导致的发热,起火事故。
  • 碳陶刹车盘密度更低,在同等尺寸的情况下,碳陶刹车盘在总重量上比现代刹车盘要轻一半以上,碳陶刹车作为电动电动汽车瘦身的关键零部件,近些年在市场上屡受追捧。
  • 碳陶刹车片更符合智能化发展趋势,使用碳陶刹车片能够明显提高响应速度,缩短制动距离。

近段时间以来,碳陶刹车盘在电动汽车市场频频被提及,就在前不久,天宜上佳对外宣布,获得某车企开发定点,即将进入其特定车型碳陶制动盘开发和供应流程。

今年6月,金博股份成为广汽埃安碳陶制动盘的定点供应商,仅一个月后,再获比亚迪定点。

近些年,国内的主机厂纷纷加大对碳陶刹车盘的布局。

其实,碳陶刹车片在市场上出现并不算晚,早在1999年的国际电动汽车交易会上,碳陶刹车盘就被揭开了神秘的面纱。2021年,特斯拉对外宣布,将为旗下最速量产车Model S Plaid车型提供碳陶瓷刹车套件。

碳陶碳陶刹车盘优势明显,但在高昂的成本制约下,难于大规模商品化应用应用领域,此前,碳陶刹车片只出现于高端品牌车型上,而如今随着控制技术的插值,成本以求减少,碳陶刹车盘正加速上车。

2023年被认为是碳陶刹车盘规模化的元年,招商证券的统计统计数据显示,2025 年国内市场有望达到78 亿元,2030 年国内市场规模有望超过200 亿。

800伏充电系统

喝一杯咖啡的时间,电动电动汽车就能充满电,800伏充电系统出现之后,这一愿景正慢慢成为现实。

电动化的趋势下,催生了大量的平均速度焦虑,充电难问题使一众消费者对电动电动汽车望而却步。

如何提高电池续航力能力和充电工作效率,俨然已迫在眉睫。

在动力电池能量密度短时间内很难出现大幅提升的情况下,玩家们开始寄托于在相同的尺寸下提高电池的电压或电流,进而实现超级快充,其中,800伏充电系统成为提高充电工作效率的重要载体之一。

目前市场上普遍使用的还是400伏充电系统,800伏充电系统相对来说是一个较捷伊概念。

所谓800伏充电系统,即是通过加倍的电压和相同的电流,提高了电池的充电性能和轻量化运行的工作效率,在同样的电池尺寸下,800伏充电系统能将充电时间缩短一半,进而大幅减少电池尺寸和成本。

据了解,使用800伏、350千瓦的充电器,100公里的充电时间仅需5-7分钟。

800伏充电系统优势明显,但要真正大规模投入运用并不是一件容易的事,其面临成本的难关。

电动汽车配有800伏高压架构时,往往需要对电动电动汽车的电池包、电驱动、PTC、空调压缩机、车载充电机等进行再次选型。

其次是相关设施的配有,市场上的充电桩和配电网络大多与400伏充电系统相匹配,若没有再次建设或革新就投入使用,会带来较大的风险。

电动化转型声势浩大,相关电动汽车零部件供应商也加大对于800伏充电系统布局。

采埃孚去年就开始在中欧量产800伏功率电子,今年加大了对国内市场的投资,今年9月,800伏碳化硅电驱动桥在杭州萧山工厂正式下线。此前,华为、博格华纳、汇川控制技术等发布了800伏电驱动系统;

奥迪E-tron GT,保时捷Taycan在市场上率先使用800伏充电系统。

国内车企也不甘落后,在去年广州车展上,比亚迪e平台3.0、吉利SEA浩瀚平台等都选择了800V高压架构。

800伏充电系统的超级快充属性无疑是电动电动汽车充电的一大趋势。

CTC控制技术

2022年,站在动力电池风口,蔚来和中石化等企业手举大旗,往换电控制技术的大道大摇大摆走去,另一条岔路上,宁德黄金时代、特斯拉前仆后继。

这条岔路就是CTC(Cell to Chassis,无电池包)控制技术。

在搞明白CTC控制技术之前,需要先了解下现代电池包和CTP电池。

现代的电池包的内在结构是电芯-模组-电池包,通过采用大量线缆和结构件进行串联,在这种结构下,电池包内的内部空间可利用工作效率较低,整个动力电池也较笨重。

为了提高电池包内的利用工作效率,CTP控制技术应运而生,CTP控制技术通过把电芯直接集成在电池包内,形成电芯-电池包的内在结构,以此提升电池包的内部空间利用率,在CTP控制技术下,电池电量可比现代电池包增加5%-10%,比亚迪的刀片电池就是CTP控制技术的集成之作。

CTC控制技术被认为是CTP控制技术的更进一步集成,所谓CTC控制技术即是取消PACK设计,直接将电芯或模组直接安装在车身上,以车身结构充当电池包外壳。

较之CTP电池,CTC电池更为一体化,能以更低的成本实现较长的续航力平均速度,据了解,CTC控制技术能在CTP控制技术的基础上使电池电量再增加5%-10%。

CTC被认为是未来电池控制技术路线的重点路径,各家争相争抢。

早在去年1月的第十届全球节能环保电动汽车大会上,宁德黄金时代就透露,将于2025年前后正式推出高度集成化的CTC电池控制技术,同年6月,特斯拉对外公布 CTC 方案。

目前,CTC控制技术已进入商品化应用应用领域层面,零跑C01率先应用应用领域了自研的CTC控制技术,特斯拉在德国柏林工厂生产的Modle Y也会使用CTC电池(特斯拉称为结构性电池)。

与资本对CTC控制技术的热衷不同,消费者对于CTC控制技术的发展略有几分担忧。

再者,在CTC控制技术中,电芯直接参与碰撞受力,在缺少模组和电池包保护的情况下,更容易出现安全可靠问题,另再者,CTC电池一体化和集成化的结构在后期维修时不方便拆卸,大大增加维修的费用。

写在最后

进行调查统计数据显示,纯电动电动汽车总重量每减少10kg,续航力平均速度可增加2.5km,在群雄逐鹿的节能环保电动汽车市场,瘦身成为各节能环保车企关键命题,高性能控制技术无疑是在节能环保电动汽车江湖厮杀最大的武器。

上述提到的这些控制技术有些仍停留于实验室阶段,有些已大步走向市场,但在真正大规模量产之前,它们都或将面临着控制技术和成本的难关。

但最终成或败,市场自然会给出答案。

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