电子学是如何促使汽车行业发展的

毫无疑问。在过去的一百年里，汽车改变了世界。即便如此，向更快、更大型号发展的趋势似乎已经迎刃而解。气候变化和日益减少的资源迫使重新思考。电子功率已经取代了马力在定义汽车的性能，与迷人的应用出现模块化转换器。 慕尼黑大学开发的方程式学生电动赛车(FSE)在每个车轮上都有6个高度隔离的RECOM DC/DC转换器，提供电力电子产品(图片：MunicHMotorSports)任何期望德国电子汽车迅速转型的人都会失望的。德国拥有一位拥有权力杠杆的研究生物理学家。政治舞台原本预测到2020年将有一百万辆电动汽车，但去年只有5万辆，其中包括一半的“混合动力妥协”。所有的政治和环保活动人士似乎都在为同样的目标而奔走，那么为什么过渡进程如此缓慢呢？有很多原因。范围广，缺乏充电站：现有的锂离子电池几乎没有足够的容量开始一个无忧无虑的周末。这尤其适用于夏季和冬季，需要一个气候控制的内部。除此之外，在德国，快速充电站仍然非常薄弱，尤其是在农村地区。一旦被发现，还需要一个小时的时间才能给电池充电几个小时。

这意味着纯电动汽车作为第二辆汽车在城里行驶才有意义。电子汽车仍然太贵：尽管政府给予了补贴，但对于大众市场来说，电子汽车还是太贵了。德国的电力价格也特别高，仅节省了30%的柴油，每千瓦时30美分。这些节省可能在长途旅行中得到回报，但对于在家庭汽车旁边的城市跑步来说，却几乎没有回报。有限的电池寿命：电子汽车节省了维护费用，如油的变化，但更换一个破旧的电池的沉重成本在几年后隐约可见。一辆电动汽车的价值可能会贬值到几千欧元，因为潜在的买家需要考虑新电池的成本。

电子汽车不像它的名声那么干净：即使没有排气管，电子汽车也没有它们的声誉那么干净。锂离子电池使用的原材料包括锂、钴和镍，这些材料是在环境保护不在优先名单上的国家开采的。除此之外，制造业的排放量平均每千瓦时电池容量超过100公斤二氧化碳。最重要的是，电池充电所需的电能只有来自可再生能源时才不会排放。这些原材料的数量并不是无限的：没有人知道锂储量和其他资源将持续多久，其数量之高足以满足全球电子移动的需求。随着资源的减少，电池的价格可能会上涨而不是下降，特别是在电动汽车的整个生命周期中，电池至少要更换一次。原料可以在一定程度上回收利用，但这一过程既费时又昂贵。

考虑到这一点，人们对电子移动的热情不出所料。这几乎似乎还没有完全的时候，电池动力的汽车-特别是考虑到电池的400公里范围内的重量在600公斤。这种重量需要与汽车一起移动，降低效率。电动马达比传统的汽车发动机更轻，这几乎没有什么安慰--即使在制动过程中可以恢复部分动力。电压互感器是如何进入画面的充电电路是需要将交流电源从电网转换为高直流电压，同时监测和控制充电过程，电子汽车可以启动一个完全充电的电池。传统的230 V插座足以为车库里的一辆小型电子汽车充电一夜。这辆车有自己的充电电路。充电过程将需要几个小时，最大功率为2.3kW，可从国内电源插座。公共和快速充电站更快，因为他们拉超过100千瓦和需要一个小时左右的充电85千瓦时电池。目前仍在开发中的超高功率电站可处理400千瓦的电力.这将加快充电过程至大约四分之一小时，这将很容易与计划的每几百公里的快速休息。

图1 充电站中的电压转换器提供所需的高度隔离

所有主要的充电站都使用直流电压来充电电动汽车电池.400 V的电压是目前的标准，但这可能会上升到800 V在未来的某个时候。这种规模的电压在接触时是致命的，即使在家庭环境中认为直流电压是安全的。对整个系统的可靠性要求也相应较高。这需要机械坚固的插头连接以及可靠的电子安全系统。为此，汽车中的电池管理系统与充电站保持不断的通信。电源只与充电器插头安全地放置在充电插座和电池充电器发送一个恒定的“OK”信号。充电站立即断开与信号的任何中断。RECOM RAC05-xSK/480是为这项监测任务开发的(图3)。AC/DC变换器的输入电压高达528 V，因此在三相系统中很容易在两相之间工作。隔离电压高达4kV，5W转换器将三相电源转换为5或12V直流低压，用于监测电子设备。AC/DC变换器的辅助功率驱动握手系统，只有当其他一切都处于良好状态时，才允许电源流动。

图2：RECOM RAC05-xSK/480将480 V三相电源转换为5或12 V直流。5W转换器在零下40°C~80°C+温度下工作。不仅充电站需要彻底的监测，电池本身也需要不断的观察。先进的锂离子电池通常分为几个模块。每个模块中的电流、电压和温度需要单独监控，以确保充电过程能够保存电池。如果单个模块出现故障，同时继续为健康模块供电，则必须能够关闭它们。一个复杂的电子系统是至关重要的电池寿命最大化和故障保护单个电池。RECOM已经开发了一系列用于电动汽车电池管理的1W DC/DC变换器。每个电池模块都需要自己的DC/DC转换器，以便将在各种浮动电压下工作的电子设备与CAN总线隔离开来。RECOM变换器隔离用于5.2kV直流电压和高电压测试.高隔离的DC/DC变换器也用于控制充电站中的功率半导体。这涉及到使用IGBT，SiC或Si MOSFET或GaN FET控制的栅极驱动器，这需要一个正和负电压，以加快开关过程和避免失火。功率开关具有很高的浮动电压，因此对驱动电源的电压隔离要求很高。RECOM公司开发了双“增强”隔离DC/DC变换器，输出电压分别为+15V/-9V(IGBT)、+15V/-3V和+20V/5V(SiC)和+6V/+9V(GaN)。这些转换器具有特别低的耦合能力，以确保较长的系统使用寿命。

图3：具有双输出的高隔离DC/DC变换器为IGBT、SiC或GaN驱动器提供浮动电压。赛车产生创新赛车为技术变革提供了一个有效的通用晴雨表。在方程式赛车比赛中，额外的电力起着至关重要的作用。公式E一直从一个力量增长到另一个力量，依靠电力运行。与一年前相比，这场比赛只需一次电池充电就可以完成，当时赛车必须在比赛中期更换。大学也在为未来而努力。慕尼黑大学的学生们正与municHMotor一起合作开发一款电动赛车，在方程式学生电动赛车(FSE)中运行。车轮集线器中的四个三相电动机配备了来自RECOM RxP2xx系列的24台隔离DC/DC转换器，为控制电子设备供电。在2018年电子交易会RECOM展位上展出的赛车手以174必和必和必拓的价格在不到2秒的时间内从0公里/小时上升到100公里/小时。展望世界各地的研究人员正在努力改进电子移动技术--尤其是在中国。锂离子电池是否会成为最后一个词还有待观察。能源和气候研究所的研究人员看到了开发一种新型固态电池的巨大潜力。

所有的成分都是由磷酸盐化合物制成的。这方面似乎并不缺乏任何资源。不使用液体，所以它们应该比锂离子电池更安全和更耐用。氢动力燃料电池也被认为是有前途的。埃兰根的弗里德里希亚历山大大学正在研究安全的“燃料”，将氢有机地结合在石油中。这些液态有机氢载体既不易燃，也不有毒，可与常规燃料一样在普通油箱中使用。汽车将需要大约相同数量的LOHC燃料，以涵盖600至800公里的正常汽车燃料。现有的服务站网络也可用于补充LOHC燃料。即使如此，该驱动器肯定是电动的，电子控制，监测和通讯。这将需要各种创新的电压转换器-RECOM专门关注电子移动的原因之一。