目前正在開展多項(xiàng)工作來(lái)開發(fā)電氣元件，以支持設(shè)計(jì)具有商業(yè)可行性的中型和重型電動(dòng)汽車 (MHDV)。歸類為MHDV的車輛范圍從步入式送貨車到公交車和長(zhǎng)途卡車。為 MHDV 開發(fā)的電力電子和儲(chǔ)能技術(shù)將有利于其他應(yīng)用領(lǐng)域，例如智能電網(wǎng)、微電網(wǎng)、可再生能源、電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能、工業(yè)系統(tǒng)，甚至輕型車輛 (LDV)，例如乘用車。讓我們回顧一下 MHDV 的電源選項(xiàng)。

電池、電機(jī)的性能目標(biāo)要激進(jìn)

MHDV 電氣化處于早期階段，MHDV 的技術(shù)性能目標(biāo)正在制定中。預(yù)計(jì)它們將比當(dāng)前為乘用車設(shè)定的目標(biāo)更為激進(jìn)（表 1）。此外，MHDV 目標(biāo)將擴(kuò)大，以考慮到車隊(duì)所有者對(duì) MHDV 的不同期望，包括在惡劣條件下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)（例如在路上行駛超過(guò) 100 萬(wàn)英里）提高的可靠性和更強(qiáng)的耐用性。

表 1：為輕型汽車電氣化設(shè)定的技術(shù)目標(biāo)（來(lái)源：USDrive）

LDV 的電池電壓已經(jīng)在上升，從今天的 350V 和 700V 到某些情況下高達(dá) 900V 的供電總線。對(duì)于 MHDV，預(yù)計(jì)電壓會(huì)更高，最高可達(dá) 1,200V。更高電壓的電源總線對(duì)于減小匯流條、電感器和電機(jī)等組件的尺寸、重量和成本非常重要。

需要更高的電壓來(lái)支持 LDV 新興的極端快速充電 (XFC)，而 MHDV 的更高電壓將支持快速（或閃充）充電技術(shù)。與當(dāng)前用于 LDV 的 XFC 技術(shù) (350kW) 相比，快速充電電池需要的功率要大得多，遠(yuǎn)大于 1 兆瓦。這帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，并且需要比目前為 LDV 考慮的功率更高的充電器、連接器和基礎(chǔ)設(shè)施。此外，熱管理在高充電率下將變得更加重要和復(fù)雜。

今天的 600V 和 1,200V 額定碳化硅 (SiC) 功率半導(dǎo)體不適用于 1,200V 電源總線。更高的總線電壓將需要開發(fā)剛剛上市的 1,700V SiC MOSFET。對(duì)于設(shè)想直接連接到 1,200V 主電源的 1MW 應(yīng)用，可能需要開發(fā)額定電壓甚至高于 1,700V 的設(shè)備。更高電壓的功率半導(dǎo)體將受益于先進(jìn)的工業(yè)流程和智能電網(wǎng)、微電網(wǎng)、電網(wǎng)規(guī)模的儲(chǔ)能和可再生能源系統(tǒng)。

廣泛的 MHDV 部署還需要能夠以更低的成本提供更高功率密度的電機(jī)。預(yù)計(jì)今天的重稀土 (HRE) 永磁電機(jī) (PM) 無(wú)法同時(shí)滿足性能和成本要求。如上所述，即使?jié)M足 USDrive 的 LDV 目標(biāo)，使用 HRE PM 也可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。正在研究開發(fā)不使用 HRE PM 技術(shù)的電機(jī)，甚至可以消除永磁體，同時(shí)能夠在惡劣和苛刻的環(huán)境中運(yùn)行。改進(jìn)的性能和更低的成本電機(jī)將直接有利于眾多工業(yè)應(yīng)用，以及 MHDV 和 LDV。

基于當(dāng)今技術(shù)的電池組的重量、成本和循環(huán)壽命不適合在 MHDV 中廣泛部署。新興的固態(tài)電池是一種可能的解決方案。先進(jìn)的鋰電池，如鎳錳鈷氧化物 (NMC) 鋰離子電池，可能能夠行駛 100 萬(wàn)英里和 20 年，并可能提供另一種選擇。電池性能的顯著改進(jìn)對(duì)于采用 MHDV 是必要的，并將直接有利于其他應(yīng)用，例如微電網(wǎng)和電網(wǎng)規(guī)模的能量存儲(chǔ)。

結(jié)論

開發(fā)各種技術(shù)以實(shí)現(xiàn) MHDV 的商業(yè)開發(fā)是一項(xiàng)重大任務(wù)。這項(xiàng)努力的成功程度將為其他應(yīng)用領(lǐng)域帶來(lái)附帶利益，例如智能電網(wǎng)、微電網(wǎng)、可再生能源、電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能、工業(yè)系統(tǒng)，甚至是 LDV。

審核編輯黃昊宇