今天,汽车行业正在经历一场翻天覆地的变革。对于汽车这样一个自1900年代初以来从未发生过巨大变化的行业而言,技术变革的快速发展是其变革的催化剂。道路上很快出现:
1.更多电动汽车 (EV) 和半自动驾驶汽车;
2.各种传动系统,包括:氢动力燃料电池;
3.全自动驾驶汽车。
未来,人们还会将更多的电子设备集成到汽车中。工程师和设计师们正在研究的最新汽车趋势是互联性和电气化、可靠性和安全性、机动性以及日益复杂的应用程序。未来的汽车技术趋势将继续关注:
· 电友好(不腐蚀、不含卤化物和离子)
· 阻燃性(FR)
· 电磁干扰屏蔽
· 集成电子
· 防水电子产品
· 热管理
· 金属/塑料粘接
· 高级复合材料
了解推动电动汽车 (EV) 技术发展的因素以及可满足需求的材料解决方案……
驱动:可持续性、法规和消费者需求
汽车技术的未来将主要是电动的,但目前道路上仍然普遍使用内燃机汽车。过去,有关于电动汽车的争论,包括它们的实用性和驾驶电动汽车的好处——许多行业专业人士继续押注内燃机 (ICE) 技术。与此同时,特斯拉等少数公司积极推进电动汽车技术。
现在大多数汽车技术专家都认为,内燃机将在未来 20 到 30 年内慢慢消失。主要原始设备制造商正在减少对传统内燃机的投资。相反,他们正在投资混合动力技术,改进燃烧方面的性能——最终混合动力技术将过渡到电动汽车技术。
可持续性推动电动汽车技术
电动汽车技术的一个关键驱动力是可持续性,因为许多国家更加关注排放法规。ICE 技术的一些更具可持续性的替代方案包括:
· 混合动力汽车
· 插电式混合动力汽车
· 增程式电动汽车
· 以电池为自身能源的全电动汽车
电动汽车可以显着减少全球排放,是未来全球交通愿景的一部分,尤其是与可再生能源相结合时,而EV可以减少CO2排放并有助于消除温室气体。
它们还有潜力适应高效和个性化的交通出行方式,电动汽车也提供了减少石油依赖和道路运输脱碳的潜力。
中国走在推广电动汽车的前沿
电动汽车技术的另一个推动力是中国对电动汽车和电池续航里程的监管。中国处于促进电动汽车使用的前沿,同时旨在:
· 解决日益严重的污染问题
· 减少对进口石油的依赖
· 在下一个全球移动时代占据领导地位
此外,中国在全球电动汽车销量方面处于领先地位。尽管除中国以外的其他国家/地区都有自己特定的政府法规需要遵守,但希望在中国开展业务的制造商正在大力投资于电池技术。随着时间的推移,中国使用的技术将被其他国家使用,例如印度、欧洲、德国和美国。
高效、低成本电池
关于成本,电池是电动汽车中最昂贵的部分,就像内燃机是内燃机汽车中最昂贵的部分一样。电池与ICE技术的成本平价约为每千瓦时150至200美元。一旦电动汽车和内燃机汽车的成本没有差异,就会出现消费者对电动汽车的需求增加的临界点。
除了想要更低的价格外,消费者还推动了对更长电池续航里程的需求。他们想在给电池充电之前开得更远更远;因此,需要更大的电池容量。最新一代锂离子电池 (LiB) 具有更高的输出和能量密度,因此在不同应用中的使用量不断增加。此外,LiBs 的一大好处是它们兼容所有电子应用,而且成本也下降了。
连接系统的基本要素
锂离子电池由多个相互连接的电池组成,这些电池堆叠在一个外壳内,带有一个电气控制单元,可以驱动电池并防止它们过载或充电过快。电池外壳确保每个电池保持在原位,并保护它们免受车辆可能暴露的恶劣条件的影响。整个系统的机械稳定性是必要的,因为单个电池通过由保险丝保护的母线连接——如果任何电池移动和移位,保险丝的接触电阻和电应力将导致电池或整个模块的潜在故障。
电动汽车需要高压充电和互连系统以确保有足够的功率来驱动电动机,再加上可接受的充电时间。在设计这些高压系统时,工程师需要格外小心地设计参数——介电强度、蠕变和漏电起痕。颜色编码(橙色是高压系统和电池主要充电路径中所有组件的颜色)也是强制性的,以确保操作员和救援队在发生事故时能够安全处理。
电动汽车的另一个关键要素是连接器——他们必须确保在车辆的整个生命周期内具有最高的可靠性和安全性,即使是在最恶劣和最恶劣的环境条件下,如灰尘、湿气、温度循环、化学暴露和强烈振动。连接器需要满足以下要求才能在汽车使用期间以及整个制造过程中安全可靠地运行:
· 无限保质期 (Jedec MSL1);
· 无腐蚀性(绝缘材料不含卤素和红磷,不含离子热稳定剂);
· 150°C至180°C的高连续使用温度;
· 良好的耐化学性;
· 高延展性和电气强度;
· CTI 600V及以上。
无人值守的设备
对于电动汽车,电池充电的质量和风险成为一个问题。对于纯内燃机,只有在发生碰撞或外部火源时才会着火。对于电动汽车,它可能会在没有人注视的车库中充电——消费者可能不在家或正在睡觉——因此当汽车在车库中充电时发生火灾等事情的风险会增加。
今天,汽车行业的阻燃性 (FR) 由离开车辆所需的逃逸时间来定义。由于逃生时间很短——所有需要做的就是打开车门并下车——因此一度没有严格的立法要求在汽车中使用阻燃材料。
只有少数 OEM 指定UL94-V-0 FR 标准适用于插头或电池等应用。然而,随着针对更高电压系统的研究——中国正在研究高达 1,500 伏的充电系统,而欧洲目前正在推出 800 伏的基础设施——立法要求在汽车中使用 FR 材料的时间将会到来。
汽车很可能会被视为无人看管的设备。这对汽车行业来说不是一个容易的过渡,因为 FR 材料成本更高、性能更低、重量更大,因此这对设计师来说会适得其反。然而,风险因素太高了——大功率电子设备数量的增加以及高压电气化和无人值守充电将提高汽车的 FR 标准。
因此,EMI屏蔽和热管理在汽车电子产品中变得越来越重要;因此,电子控制直到 (ECU) 盖必须满足这两种类型的应用。ECU 和电源管理模块通常安装在金属外壳中,外壳为电路板提供环境保护,并将处理器和功率晶体管的热量导走以防止过热。此外,它还可以屏蔽由相邻射频信号引起的电磁干扰 (EMI),这些射频信号可能会干扰敏感的集成电路 (IC) 并导致故障。
大多数市售塑料材料的最大 CTI 限制为 600 伏,大多数设备仅用于测试 CTI,DSM 的设备除外。
文章来源:链塑网