汽車的未來：電子產(chǎn)品和電動汽車

汽車的未來：電子產(chǎn)品和電動汽車

電子產(chǎn)品是汽車行業(yè)的核心，電動汽車將越來越重要。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。分析師估計，未來幾年的營業(yè)額將超過 800 億美元，并呈指數(shù)級增長。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)。三個主要因素使汽車對技術(shù)具有吸引力：自動駕駛、電動汽車以及消費者對信息娛樂服務(wù)的強烈需求。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、從而避免危險情況的可能性，是使這一挑戰(zhàn)取得成功的一個原因。

讓我們看看電子是如何取代機械的。

MEMS技術(shù)

盡管典型應(yīng)用是安全氣囊和高級駕駛輔助系統(tǒng)，但基于 MEMS 的陀螺儀和加速度計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械特性相結(jié)合。這些方法的優(yōu)點包括高效率、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)計人員能夠更有效地實現(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)動力。微機電系統(tǒng)加速度計測量一個、兩個或三個正交軸上的加速度，用于識別相對于重力加速度的傾斜或方向，以及測量振動和沖擊。加速度計基于硅 (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，將機械應(yīng)力轉(zhuǎn)化為電信號。

另一方面，MEMS 陀螺儀提供了一種測量角速度（或旋轉(zhuǎn)運動）的簡便方法，并且是運動控制的流行選擇。它們還用于大多數(shù)智能手機的消費領(lǐng)域。主動懸架采用四個傳感器與加速度計和陀螺儀相結(jié)合，以確保車輛的穩(wěn)定和規(guī)律的動態(tài)行為。大多數(shù)陀螺儀基于具有兩個質(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，每個質(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。至于噪音，我們有一個內(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，

因此，加速度計的汽車應(yīng)用主要包括安全氣囊和主動懸架，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激活安全氣囊。納米機電系統(tǒng) (NEMS) 正在出現(xiàn)一個新的 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。

電磁兼容性 (EMC)

汽車行業(yè)的快速發(fā)展以及自動駕駛汽車和 ADAS 系統(tǒng)的趨勢繼續(xù)推動汽車行業(yè)對更復(fù)雜的 EMC 設(shè)計和測試場景的需求。車輛平臺變得越來越復(fù)雜，其中的電子設(shè)備需要可靠運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，有兩個要求必須確保電子設(shè)備不會發(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)速率運行，因此，取決于運行環(huán)境，需要以高頻率運行。這些新子系統(tǒng)中的每一個都必須符合電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。此外，信號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)計參數(shù)的變化會導(dǎo)致對 EMC 和信號完整性產(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無線電接收器。IEC 委員會制定了國際標(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)動機氣缸中的燃燒階段。由于這些電機已經(jīng)存在多年，工程師們一直致力于設(shè)計技術(shù)來處理低頻噪聲。我們將看到，對于電動汽車，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。通過減少氣缸數(shù)來配備更高效、更環(huán)保的發(fā)動機，從而降低發(fā)動機噪音的頻率。為降低發(fā)動機噪音，汽車工程師使用主動聲學(xué)控制或主動噪聲控制 (ANC) 來生成由車內(nèi)揚聲器再現(xiàn)的降噪信號。主動噪音控制 (ANC) 技術(shù)使用車輛的音頻系統(tǒng)來減少發(fā)動機產(chǎn)生的有害噪音。有源音頻聲音控制是一種信號處理方法，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電路或數(shù)字信號處理實現(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)）。需要實時處理資源來快速實施和完成反饋控制回路，以使 ANC 解決方案正常工作。在具有三到六個麥克風(fēng)的典型汽車系統(tǒng)設(shè)計中。

LED照明

在汽車行業(yè)，發(fā)光二極管 (LED) 廣泛用于遠(yuǎn)光燈、制動燈和位置燈以及側(cè)轉(zhuǎn)向燈和后轉(zhuǎn)向燈。在一個 LED 驅(qū)動項目中，各種照明設(shè)備的亮度強度是不一樣的，而是取決于它們的具體功能。因此，LED 工作在不同的亮度級別；例如，制動時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)動技術(shù)來區(qū)分亮度級別，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 LED 提供不同的亮度級別。例如，停車燈和側(cè)燈或近光燈和遠(yuǎn)光燈被定義為兩個亮度級別。在某些情況下，

照明控制系統(tǒng)的一個重要方面是管理由不同配置的集成電路 (IC) 驅(qū)動器提供的電源，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、電壓波動和其他參數(shù)實際上是正確驅(qū)動器實現(xiàn)最相關(guān)的設(shè)計參數(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)生故障時出現(xiàn)問題。汽車級設(shè)備還有望在擴展的溫度和濕度范圍內(nèi)表現(xiàn)出可靠的運行，并能夠承受持續(xù)的振動。

手勢識別

手勢識別或手勢檢測是設(shè)備識別人體一系列運動以應(yīng)用某些控制功能的能力。這種電子技術(shù)基于在 2D 或 3D 場景中識別和掃描場景的相機的幫助，或者通過基于飛行時間 (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。電子設(shè)備通過分析各種運動來創(chuàng)建一種地圖，并通過算法以正確的動作做出響應(yīng)。其他解決方案采用超聲波信號，例如用于停車傳感器的超聲波信號。

目標(biāo)是掃描場景的整個圖像。所使用的相機由一個發(fā)射器和一個接收器傳感器組成（由一個像素矩陣組成，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)性的每個像素的位置。像素從場景的各個不同部分收集光線。通過重新組合信號，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。這些是控制算法應(yīng)能夠?qū)崟r解碼的眾多示例和特征之一。一個關(guān)鍵功能是能夠監(jiān)測可能在駕駛時產(chǎn)生負(fù)面影響的心理-身體癥狀，例如疲勞?，F(xiàn)代眼動追蹤系統(tǒng)使用紅外 (IR) LED 作為光源和高分辨率相機來檢測反射光。

激光雷達(dá)

LiDAR背后的原理（有時也發(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。工程師用來計算距離的公式是：到物體的距離=（光速x飛行時間）/2。激光雷達(dá)測量飛行時間，用于計算行進(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，該傳感器解釋信號并通過測量其擴散來計算光行進(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，一些光子會從樹枝反射，但其他光子會繼續(xù)穿過并從地面反射。有可能，甚至很可能，多次反射會產(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)上由一個發(fā)射器和一個接收器以及一組從掃描環(huán)境中識別大量數(shù)據(jù)的點組成。這將創(chuàng)建一個數(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。

電動汽車

電動汽車是全球邁向更可持續(xù)未來的核心。

電動汽車基本上使用電力來驅(qū)動發(fā)動機。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)動電動機（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。汽車的制動系統(tǒng)可以產(chǎn)生電能為電池充電。這被稱為“再生制動”，包括將動能轉(zhuǎn)化為電能。

電動汽車 (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 或電池電動汽車、PHEV、插電式混合動力電動汽車和 HEV 或混合動力電動汽車。電池電動汽車，也稱為 BEV，更常見的是稱為 EV（錯誤地），是帶有可充電電池且沒有汽油發(fā)動機的全電動汽車。電池電動汽車通過大容量電池組在車上儲存電力。它們的電池電量用于操作電動機和所有車載電子設(shè)備。BEV 不會排放傳統(tǒng)汽油車造成的有害排放物和危害。電動汽車 (EV) 充電器根據(jù)其為電動汽車電池充電的速度進(jìn)行分類。插電式混合動力電動汽車或 PHEV 可以通過再生制動和通過“連接”到外部電源為電池充電。雖然“標(biāo)準(zhǔn)”混合動力車可以（低速）在汽油發(fā)動機點火前行駛約 1-2 英里，但 PHEV 車型可以在其汽油/汽油發(fā)動機發(fā)揮作用之前行駛 10-70 公里。

電動和混合動力汽車的設(shè)計人員推動提高能量轉(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)計參數(shù)不同，涉及功率水平、轉(zhuǎn)換效率、車輛傳動系統(tǒng)的工作溫度、散熱的難易程度和系統(tǒng)封裝。電動汽車設(shè)計中性能的關(guān)鍵是電池和推進(jìn)系統(tǒng)。另一個需要考慮的方面是電動汽車的自主性，或者說它可以在充滿電的情況下行駛的距離。電動和混合動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，因為每個電池的特性變化都不同。因此，必須單獨處理每個電池，以完全避免放電。顯然，大多數(shù)制造商認(rèn)為在運行過程中斷電是非常危險和不可接受的。出于這個原因，他們試圖實現(xiàn)極低的故障率。鋰離子電池在需要長期可靠運行時需要特別注意。電池電子設(shè)備必須能夠?qū)碜噪姵亟M中每個電池的信息傳送到中心點進(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)時間、安全性和可靠性，同時最大限度地降低成本、尺寸和重量。

所有電動或混合動力車輛在減速期間都使用再生制動為電池充電。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械動能的壓電效應(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)。它還允許實現(xiàn)附加功能，同時提供一些可擴展性。

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。由于振動能量總是以不同的幅度存在，因此動能的收集是在發(fā)動機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，電池是任何電動汽車的核心. 電動汽車中電池的采用使電子設(shè)計朝著新一代的電荷監(jiān)測設(shè)備方向發(fā)展。鋰離子電池有兩個重要的設(shè)計問題：一個是針對材料的化學(xué)性質(zhì)，另一個是電子性質(zhì)的（過載時會導(dǎo)致永久性損壞和相對過熱）。因此，擁有一個電池管理系統(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”；它測量和報告對電池運行至關(guān)重要的信息，并在各種運行條件下保護(hù)其免受損壞。電池管理系統(tǒng)是電動汽車的關(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。這項技術(shù)旨在實現(xiàn)可持續(xù)性，不僅因為它消除了布線，而且在制造復(fù)雜性方面。它還允許您以模塊化和可擴展的方式設(shè)計電池組，這樣當(dāng)您切換到第二次生命時，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)計電池組。通過電池和電池模塊級別的持續(xù)健康計算獲取的數(shù)據(jù)可用于在電池組進(jìn)入第二個生命階段時更準(zhǔn)確地確定電池組的剩余價值。它還允許您以模塊化和可擴展的方式設(shè)計電池組，這樣當(dāng)您切換到第二次生命時，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)計電池組。通過電池和電池模塊級別的持續(xù)健康計算獲取的數(shù)據(jù)可用于在電池組進(jìn)入第二個生命階段時更準(zhǔn)確地確定電池組的剩余價值。它還允許您以模塊化和可擴展的方式設(shè)計電池組，這樣當(dāng)您切換到第二次生命時，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)計電池組。通過電池和電池模塊級別的持續(xù)健康計算獲取的數(shù)據(jù)可用于在電池組進(jìn)入第二個生命階段時更準(zhǔn)確地確定電池組的剩余價值。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)計電池組。通過電池和電池模塊級別的持續(xù)健康計算獲取的數(shù)據(jù)可用于在電池組進(jìn)入第二個生命階段時更準(zhǔn)確地確定電池組的剩余價值。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)計電池組。通過電池和電池模塊級別的持續(xù)健康計算獲取的數(shù)據(jù)可用于在電池組進(jìn)入第二個生命階段時更準(zhǔn)確地確定電池組的剩余價值。

除了計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汽車本身的情況。BMS 管理整個鋰電池陣列（單個電池或整個電池組），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 在單個芯片上包含用于電源、電池管理、RF 通信和模塊級安全功能的所有基本硬件和軟件部件。

電動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)動由電動機提供，與內(nèi)燃機相比，電動機的結(jié)構(gòu)簡單。在能源效率方面，內(nèi)燃機汽車和電動汽車的比較具有象征意義：內(nèi)燃機汽車的能源效率為 16%，而電動汽車的能源效率為 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行時間。

電動汽車的續(xù)航里程直接反映了其發(fā)動機和能源管理系統(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間相關(guān)。

一個非常有趣的領(lǐng)域涉及使用位于車庫或公共停車場的充電站對電動汽車進(jìn)行無線充電。充電點不一定要與車下的接收器精確對齊（就像智能手機一樣）。從長遠(yuǎn)來看，我們將嘗試開發(fā)一個允許在公共道路上集成長載重板的版本，以便即使在移動中也能裝載 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?；诖殴舱窦夹g(shù)的無線充電允許電動汽車，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)燃機更安靜，但假設(shè)電動機完全安靜是錯誤的。噪音來自發(fā)動機的各個部件，例如逆變器和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。盡管與傳統(tǒng)電機相比，電動機所面臨的挑戰(zhàn)較小，但仍需要付出更多努力來制定機械和隔音策略。同時，對于電動汽車低速行駛時產(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。當(dāng)你第一次過馬路時，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。在典型的城市速度下，風(fēng)噪聲仍然很小，發(fā)動機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。全世界都在試驗電動汽車（EV）。電動汽車屬于電動出行領(lǐng)域，其缺點之一是充電時間長。這是一個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)化為機械能。氫可以直接在內(nèi)燃機中燃燒，在這種情況下，我們有一輛帶有氫內(nèi)燃機的車輛，稱為 HICEV?；蛘咚梢杂脕碓谌剂想姵刂信c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（燃料電池電動汽車），近年來，F(xiàn)CEV引起了許多制造商的關(guān)注。FCEV由電動機驅(qū)動，并有一個車載發(fā)電廠，可以生產(chǎn)和管理氫氣。氫動力汽車對環(huán)境的影響很小，因為它們不會產(chǎn)生污染排放物（溫室氣體、細(xì)粉塵等），而只會產(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。第一個對環(huán)境的影響更大，因為它涉及原油的開采、運輸和精煉。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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