賽車運動是世界上最受歡迎的電視轉(zhuǎn)播運動之一，每年的總收視率以十億計。它獲得廣泛的媒體關(guān)注，并產(chǎn)生巨大的贊助收入。隨著許多世界領(lǐng)先的汽車品牌參與某種形式的賽車運動，為這些公司提供了一個寶貴的平臺，以展示其工程資質(zhì)的實力。
除了具有競爭價值外，汽車制造商還重視參與賽車運動帶來的其他好處，即促進他們正在進行的產(chǎn)品開發(fā)計劃。許多最初在賽道上看到的技術(shù)奇跡最終被采用到了乘用車上——從而提高了性能，改善了燃油經(jīng)濟性，并提高了乘員的安全程度。源于此的關(guān)鍵創(chuàng)新涉及混合動力發(fā)動機、車載網(wǎng)絡(luò)、診斷數(shù)據(jù)的獲取、更高效的凸輪軸布置、自動變速系統(tǒng)、空氣動力學(xué)的改進、先進底盤材料的使用和再生制動。
賽車運動奮進的新時代
隨著電動車(EVs)開始加速普及，ABB國際汽聯(lián)(FIA)電動方程式(Formula E)世界錦標(biāo)賽的賽程現(xiàn)在被認為是汽車創(chuàng)意的重要試驗場。它的E-Prix賽事?lián)碛幸粋€參與度很高且持續(xù)上升的全球車迷群體，正在幫助消除電動車不能令人興奮的迷思。有一系列高知名度的汽車品牌參加了這個比賽，包括梅賽德斯-EQ®。技術(shù)再次有巨大的潛力跨越到主流汽車——特別是在能量回收機制或電源管理系統(tǒng)方面。
在Formula E中，賽制在不斷演變——車隊需要能夠做出相應(yīng)的反應(yīng)。例如，在Formula E的前四個賽季中，車手們不得不在比賽中途換車，拋棄他們最初使用的那輛，換上第二輛充滿電的車。在Formula E的第五個賽季(2018年底)，這一切都改變了。從那時起，所有參賽車隊的賽車都需要有足夠的電池容量來完成整場比賽，而不進行任何替換。為了應(yīng)對這一變化，各車隊的技術(shù)人員不得不在車輛工作能效上邁出巨大的步伐，并大幅提高儲能密度。
將Formula E工程帶入現(xiàn)實世界的場景中
因此，現(xiàn)在讓我們來看看在賽道上發(fā)生的事情將對我們在未來幾年購買的電動車產(chǎn)生哪些影響。為Formula E第二代賽車開發(fā)的技術(shù)應(yīng)該對大眾市場的電動車設(shè)計有長遠的好處。以下是最重要的一些好處：
1.電池技術(shù)
如果要加快電動車的商業(yè)化進程，需要克服的一個關(guān)鍵障礙是消除消費者對這種車輛無法行駛足夠里程就耗盡電量的擔(dān)憂。通過采用新的電池化學(xué)成分的實驗，再加上動力總成能效的提高(這兩點在某種程度上都來自于Formula E賽車完成的工作)，現(xiàn)在市場上的電動車型能夠在需要充電之前行駛超過200英里。同時，充電基礎(chǔ)設(shè)施的全面鋪設(shè)和快速充電技術(shù)的出現(xiàn)，都有助于進一步解決消費者的“里程焦慮”問題，確?？梢钥焖佟⒎奖愕剡M行充電。
2.動力總成
對于Formula E賽車和大眾市場電動車模型的動力總成，其目標(biāo)基本相同。這些目標(biāo)主要是最大化電力傳輸能效(采用精密的馬達算法，實現(xiàn)更快的開關(guān)以避免損耗)，并使用動能回收機制補充電池儲備。達到這些目標(biāo)，電池耗盡的速度將減緩，車輛在需要充電之前所能行駛的里程將增加。
目前，大多數(shù)消費者的電動車所使用的主電源總線的額定電壓為400伏。在Formula E賽車的推動下，更高電壓的動力總成已得到利用，現(xiàn)在正在開發(fā)800 V系統(tǒng)，以用于大規(guī)模市場部署。傳統(tǒng)的硅功率分立組件不能解決這些更高電壓值。需要采用寬禁帶組件，如基于碳化硅(SiC)工藝技術(shù)的組件。SiC已用在Formula E賽車的動力系統(tǒng)中，其更高的能效水平和對惡劣運行條件的適應(yīng)性被證明是極有優(yōu)勢的。
安森美(onsemi)在Formula E動力總成開發(fā)中發(fā)揮著重要作用。例如，它協(xié)助梅賽德斯-EQ電動方程式車隊使用卓越的汽車級功率組件開發(fā)超高能效的動力總成系統(tǒng)。兩家公司緊密合作以提高主驅(qū)逆變功率級的能效水平。隨后利用從這樣的項目中獲得的經(jīng)驗來提高消費者電動車動力總成的能效。
3.快速充電
電動車主電源總線已轉(zhuǎn)向采用更高電壓——有助于提高工作能效和減少潛在損耗。然而，從充電的角度來看，它也將具有相當(dāng)大的價值，使傳輸損耗減少。正如潛在的電動車客戶對車輛續(xù)航能力的擔(dān)憂一樣，他們也渴望確保充電不會出現(xiàn)不必要的困難。最新一代Formula E賽車的充電技術(shù)可以在30秒內(nèi)提供4千瓦時的電量。在很長一段時間內(nèi)，消費者的充電點還不能達到這樣的速度(配電網(wǎng)絡(luò)難以支持，而且充電器和電纜的電流承載能力也有問題)。然而，為電動車充滿電所需的時間正在不斷縮短——這一趨勢將持續(xù)，采用最新的寬禁帶功率半導(dǎo)體組件至關(guān)重要。
4.再生制動機制
再生制動是Formula E賽車的一個重要方面，因為它意味著賽車可以獲得更多的現(xiàn)有能源。在賽車場景中，急剎車是常見的，顯然有足夠的機會進行再生。也就是說，在急剎車期間，捕獲這種能量的時間并不長，不足以將其轉(zhuǎn)移回電池中。超級電容器提供了一種暫時儲存回收能量的方法，這樣它就可以返回到電池中，或在賽車開始再次加速時應(yīng)用到馬達中。
在Formula E設(shè)計中加入這些超級電容器是合理的，但它們的高價標(biāo)簽將阻礙它們在消費者電動車中的使用，因為需要控制成本。此外，消費者電動車的制動與運行比率將低得多，因此所帶來的好處將沒那么大。即便如此，電動車制造商正在投入大量的工程努力，開發(fā)高性價比的能量回收系統(tǒng)，以用于大規(guī)模市場部署。
總結(jié)
賽車運動的創(chuàng)新與更好的道路車輛的發(fā)展之間的關(guān)系仍然非常明顯。像梅賽德斯-EQ銀箭02(Silver Arrow 02)這樣的Formula E賽車現(xiàn)在正承擔(dān)著技術(shù)驅(qū)動的重任。Formula E是OEM設(shè)計新電動車型和指定組成部件的全球平臺。它所產(chǎn)生的持續(xù)的知識轉(zhuǎn)移將在使社會的汽車功能電子化目標(biāo)得以實現(xiàn)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。
安森美一直在大力參與這種知識轉(zhuǎn)移。公司能夠利用其在Formula E賽道和研究中心獲得的經(jīng)驗，加上其在SiC和氮化鎵(GaN)技術(shù)方面的專知，應(yīng)用于我們道路上的電動車。從而使DC-DC轉(zhuǎn)換能效更高，而且可達到更高的電壓和更快的開關(guān)速度。通過這些創(chuàng)新，電動車將成為對購車者更有吸引力的選擇，這將有助于加大這些車輛與日普及。
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