#元器件那些事#

车辆电气化是交通运输行业实现减排的途径

本文概述了重型车辆电动化方面的电力电子技术详情,通过研究由能源生成、存储、运输和消耗构成的价值链,可帮助减低交通运输领域的碳排放,如图1所示。

【导读】本文概述了重型车辆电动化方面的电力电子技术详情,通过研究由能源生成、存储、运输和消耗构成的价值链,可帮助减低交通运输领域的碳排放,如图1所示。

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图1:基于清洁的可再生能源的

电动化交通运输

1. 简介

卡车、公交车和工程车辆亦称为重型车辆,据估算这些车辆的碳排放占据了交通运输领域排放量的25%,在欧洲总体温室气体排放量中占据了6%。

由于线上业务活动蓬勃发展,可以观察到跨越各大洲的长途交通运输业务出现相应的大幅增长,以及城市内的物品配送运营活动不断增加,这种状况并不限于欧盟地区。根据美国交通局公布数据[2],在美国卡车车辆每年行驶里程大约为2960亿公里,燃烧了1130亿升汽油,进而产生多达2.94亿公吨的二氧化碳量。

在法规和更严格的排放要求推动下,车队运营商越来越多地转向使用零排放车辆。业界认为在全球范围所有主要城市中,提升公共交通以减少私家车数量是减低大都市碳排放的另一个重要考虑。在这个方面,使用零排放车辆运营是目标选择,最好与绿色的可再生能源相结合。

超过 3.5 吨级重型车辆的电动化是一项涉及多学科的艰巨任务,也是功率半导体产品面临的特殊挑战。与设计运行时间约为 8000 小时的典型客用车相比,卡车或公交车的使用寿命则要长得多(包括使用寿命和正常运行时间)。通用目标要求是一年 360 天、每天8 到 10 小时运行时间。预计这些车辆每天行驶多达 400 公里,在 15 年使用寿命期间总计行驶里程超过 200 万公里。在这方面,城市交通中使用的公交车同样面临挑战,因为它们单日需要行驶 200-300公里。而且,这些公交车辆固有的启停模式(start-stop-mode)带来了更多的难题。

全电动重型车辆包含了众多子系统,这些子系统需要使用非常可靠的解决方案。图 2 以电力电子器件为重点进行了深入的剖析。

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图2:“重型车辆”应用概述

经过十年来的电池技术发展,车辆电池成为了一个可行的解决方案,甚至对于电动重型车辆亦然。在过去十年中,每度电的价格已经下降了大约88%[3]。由于业界开发新的材料和生产工艺,以及制造能力不断增加,预计电价还将会进一步下降。同时,电池的能量密度持续增加,媒体不断报道有关技术突破的新闻。

电池可支持的充电循环次数是决定性参数,这代表着电池的使用寿命,因而非常重要。先前的凝胶式铅酸电池技术可提供几百次充电循环,而现代的锂电子电池则可以达到几千次充电循环。全球范围的电池制造商都在努力实现进一步的改善,并且已经公布了可实现超过10,000次循环和高达1 kWh/kg能量密度技术[4]。

所有这些因素使得车辆电池方案变得越来越有吸引力,甚至对于长距离车辆运营亦如此。接下来的挑战是在合理时间内为车辆充电,而所谓的合理与否,很大程度上取决于车辆的使用情况。

对于作为当地载客工具的客运公交车,最常见的选择是在轮班或夜间的休息时间停靠在车站里充电。在这种情形下,合理时间是指公交车闲置在停靠站中的几个小时。另一个选择则是在专门的充电站点进行充电。由于只有几分钟的时间,需要更高的充电功率才能向电池注入足够的能量。由于可在几个站点进行充电,可以考虑与在停靠站充电的方式相结合。

对于用于物流运营的卡车,就无法容忍花费几个小时充电的暂停作业。在这种情况下,必须在休息时间进行充电,而休息时间是驾驶员必须遵守的法律规定。未来没有驾驶员的自动驾驶卡车,甚至不需要休息。最理想的选择是在技术上实现最短时间充电。

因此,需要将支持这类车辆运营的基础设施视为价值链的一部分。

2. 电动化交通运输价值链

从可再生能源系统的发电到电解、传动系统、充电器和较小的车载应用,在交通运输价值链上可以找到功率范围从几瓦到几兆瓦的设计。

图3是相互连接部件的示意图。

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图3:用于从发电到电能消耗各阶段的

Littelfuse功率半导体产品

所有这些应用均需要使用高效和可靠的电子子系统。在这个严苛的环境中,控制、保护、传感器和电力电子器件无所不在,以安全高效地处理能量传输。如图所示,Littelfuse产品可以用于使用可靠的元器件来构建、运营和维护电动化交通运输环境。

3. 能量存储

对于为移动应用设备供电,现有三种主要的储存电能方法,每种方法各有其优缺点。

1. 在电场中使用电容器直接能量储存。电容器能够以非常高的速率进行充电和放电,从而提供极高的功率密度。除此之外,电容器不会像电池那样受到充电的影响,可以轻松实现数百万次充电循环。根据公式EC=1/2 C·U2,储存能量由电容器的容量和允许电压而定义。在技术方面,高电压的电容器只有低电容量,反之亦然。由于电容器以kWh/dm³为单位测量的能量密度低于电池,因而可以结合电容器与电池以提供高峰值功率,而电池充当主要的储能装置。

2. 在化学方面,能量储存在电池中。对于给定的电池化学,充放电能力受到化学过程的限制。现代的锂离子电池每公斤可以储存多达0.2到0.3kWh电能,这在目前的大多数应用中受到欢迎。在循环稳定性方面,目前采用的化学物质可以实现几千次充放电循环。

3. 从化学过程中获取作为能量载体的氢气,并在第二步中进行纯化。通过电解将水分离成氧气和氢气,提供了使用可再生能源来支持过程的方法。在所谓的燃料电池中,氢气和氧气会依次反应并产生电能。今天大多数可用的氢气是使用蒸汽重组器从石油和天然气中提取出来的。

4. 车辆与传动系统

如图4框图所示,重型车辆的传动系统在技术上与电动客用车的并没有太大的区别。

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图4:电池电动车辆的简化框图

重型车辆与客用车相比具有两项主要的区别。重型车辆的连续功率输出水平超过了客用车,在使用寿命方面也是同样。通常情况下,如果客用车的使用寿命是6000至8000个工作小时,那么卡车和公交车的使用寿命应该是它们的10倍之多。

尽管如此,商用车使用的电机大多数为永磁同步电机,由二级逆变器控制,如图5所示。

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图5:电动车辆传动系统的典型动力部分

图6所示是将氢气和氧气转化为水、热能和电能的燃料电池作为电源的扩展框图。大储槽中装有氢气,仍然需要电池在加速期间提供峰值功率,并在恢复期间储存能量。

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图6: 使用燃料电池的电动

车辆传动系统框图

除此之外,在构成燃料电池和电池之间接口的DC-DC转换器中,还需要更多的电子电力器件。

燃料电池传动系统固有的重要部件是压缩机,压缩机驱动强烈的气流进入燃料电池中,这些空气中含有平衡氢气和氧气所需要的氧气。

通过仔细研究燃料电池,可以了解到压缩机方面的挑战。图7是使用氢气进行能源转换所使用部件示意图。

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图7:燃料电池能量转换系统

根据燃料电池内需要的气体平衡,可以估算实现150 kW连续运作所需的气流:

● 1 kg H2 和8 kg O2生成大约20 kWh电能

● 每小时需要7.5 kg H2 + 60 kg O2

● 1 m²空气重量为1.2 kg,含有0.24 kg氧气

由此可见,每小时必须向燃料电池提供250 m³大气空气。由于燃料电池的负载可能变化得非常快,压缩机需要具备快速启动能力,这往往需要在几分之一秒内从零加速到100%速度。由于这些要求,驱动压缩机之逆变器的额定功率通常为20-40 kW。

如要真正将基于燃料电池的车辆作为一项绿色技术,就必须使用可再生能源来制造氢气。从石油或天然气中提取氢气是一个技术选项,但这种所谓的“黑氢”(black hydrogen)会出现副产品,也就是导致大量二氧化碳产生。

目前,业界正在考虑将风能和太阳能等可再生能源的电力与电解运作相结合,从而将水分离成氢气和氧气。特别地,如果用于消耗多余的电力,这种做法是支持电网稳定性以及生成氢气作为副产品的很好选项。世界各国纷纷制订计划,要将氢气作为减少温室气体排放的基石技术。

电解是直流电流驱动的应用。单个电解槽的正向电压低于2V,但在工业制氢中可能需要数千安培电流量。图8中的B12C拓朴结构是最普遍的兆瓦(MW)级整流方案。

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图8:带有B12C的整流器拓朴结构,也称为B6C-2P

十二脉冲B12C拓朴结构,也可以视为两个B6C结构的并联,称为B6C-2P。即使没有平滑和滤波,也可以在直流侧实现非常低的电压波纹。单级AC-DC能量转换也可以实现出色的效率。

使用的相关电子电力器件是采用压接封装的晶闸管或 IGBT器件,通常安装在所谓的器件堆栈中。IGBT的额定电流高达4500 A,晶闸管甚至超过8000 A。这些器件可以轻易满足高电流要求。此外,压接封装的短路故障(short-on-fail)特性带来了更好的可靠性和系统可用性。
“找元器件现货上 唯样商城”

“打造国际一流车展 促进国际汽车城建设”
第19届长春汽博会将于7月15日举办

  22日,记者从第19届中国(长春)国际汽车博览会(以下简称长春汽博会)新闻发布会上获悉,经中国国际贸易促进委员会批准,由中国汽车工业协会、中国汽车流通协会和长春市贸促会共同主办,长春百瑞国际会展集团有限公司承办的第19届长春汽博会将于7月15日至24日在长春国际会展中心举行。截至目前,已确定国内主流厂商、国际知名车企共计155个品牌、128户企业将来长参展,其中欧美品牌和自主品牌的参展面积比去年都有所增加。

“主会场+分会场”联动
“线上+线下”并行

  本届长春汽博会以“打造国际一流车展,促进国际汽车城建设”为目标,展览面积20万平方米,将以“主会场+分会场”的形式进行展览展示;同时,将打造“云展览”模式,实现线上线下展览同频互动。
  主会场设在长春国际会展中心,分为室内九大展馆、室外四大展区。其中,1号馆为新技术应用及媒体直播馆,2号馆为超豪华品牌主题馆,3号馆为宝马品牌主题馆,4号馆为奔驰品牌主题馆,5号馆为豪华车品牌及新能源品牌主题馆,6号馆为合资品牌主题馆,7号馆为自主品牌主题馆,8号馆为合资品牌及新能源主题馆,9号馆为一汽主题馆。室外展区为房车展区、特价车展区、汽车户外体验区、汽车民宿体验区。
分会场设在兴隆保税区(举办长春汽车零部件跨境电商交易会)和长春慢山里(内设百余台房车展示区)。
本届长春汽博会还将全面升级“云上汽博会”,建立起展、销、购一体化的线上汽博会综合服务平台,实现展会大数据功能,塑造“掌上汽博、智慧车展”的现代化汽博会全新属性。

车企争相“包馆”
展现车城魅力

  “包馆”已成为长春汽博会专属的亮点,不仅体现了长春汽博会的高度国际化水准,也从侧面反映出国际品牌对长春汽博会的重视程度。
  今年,中国一汽参展热情仍然很高,将9号馆作为中国一汽品牌展示馆,通过一汽集团旗下全部品牌车型集中展示一汽作为民族汽车工业的领军者的发展成就和中国汽车文化的独特品牌魅力。
  截至目前,已确定3号馆为宝马品牌馆、4号馆为奔驰品牌馆;其他国际品牌设计的整洁大气的展台也将与特色鲜明的展示技术相融合,为现场观众呈现一场精彩的视觉盛宴。

科技感十足
新车新技术集中亮相

  首发的新车型最是吸人眼球。本届长春汽博会将举办35款国内首发及新车亮点车型展示发布活动。
  去年以来,新能源汽车集体“爆发”成为各地车展热点。本届汽博会总计10余个新能源品牌亮相,包括比亚迪、理想、极狐、上汽奥迪、广汽埃安、腾势、 岚图、极氪、爱驰还有华为深度赋能的AITO,体现了长春汽博会的科技引领性,以及国内车企“新势力”全力开拓北方市场的态度和决心。

多措并举
提振汽车消费市场

  作为汽车产业链的重要组成部分,本届长春汽博会为汽车后市场规划出独立的展区,利用展馆之间的连廊形成独立的展区,体现汽博会涵盖全产业链功能性,与国际化的展览格局相得益彰。
  在室外的汽车民宿体验区和汽车户外体验区,将引进实体品牌民宿及户外品牌商品进驻汽博会现场,让百姓能够沉浸式实景体验房车露营的生活方式,近距离接触大自然。
除了在室外设置专属的特卖区外,长春汽博会组委会还将联合全部参展品牌推出优惠政策,最大限度地让利购车者;同时,将积极响应省市各种汽车消费政策,借势而上,放大后疫情时期百姓参与度和汽车消费热情,利用双重叠加效应,提升汽车消费市场及其他行业消费的活跃度。

好戏连台
配套活动精彩不断

  在本届长春汽博会期间,一系列形式新颖、内涵丰富的系列活动将一一亮相。
本届汽博会将与一汽厂庆等相关活动紧密联系,全面配合一汽做好红旗嘉年华开幕式活动。一汽集团“红旗品牌元宇宙盛典暨新能源设计美学发布会”,也将在汽博会同期举行;同时在汽博会现场设置分会场,与一汽旗境空间的主会场同步发布全新红旗H5上市活动,体现本届汽博会开幕式与一汽活动的同频互动、融合创新;将与中国汽车流通协会共同举办“2022中国(长春)国际新能源汽车高峰论坛”,推进新能源技术在汽车行业领域的应用与发展;将举办长春汽车零部件跨境电商交易会,促进我市汽车零部件产业链的延伸拓展;此外,汽车花车巡游等汽车文体配套活动也将一一亮相。

多点发力
营造安全放心的观展环境

  为给展商和观众提供一个安全、放心的参展观展环境,汽博会组委会把务实高效办展与抓好常态化疫情防控有机结合起来,联合市卫健委、经开区、长春国际会展中心等单位,成立疫情防控工作领导小组,制定详细的汽博会疫情防控工作方案,并建立“属地为主,市、区两级管理”的联动协调机制,统筹领导防疫工作,针对关键节点做到科学预防;不断展会安全意识,确保人员、环境、展览展示的安全;制订汽博会安保方案、应急预案,统筹协调各方面力量做好安全保卫工作,做好消防和安全隐患排查工作;制订车证、标识管理办法、知识产权保护和相关实施细则,并严格按照规定管理使用。

【我市将完善口腔健康服务体系 告别看牙贵 看牙难】#亳州聚焦#小亳从市卫健委获悉,该单位根据《安徽省健康口腔行动方案》精神,牵头起草了《亳州市健康口腔行动实施方案》。方案制订了2022—2025年工作总体目标和阶段目标,提出多项举措,切实保障我市群众口腔健康。


“按照方案要求,市县财政将加大投入力度,用于支持儿童口腔疾病综合干预、二级及以上综合医院新建口腔科或新增牙椅、公立口腔专科医院等项目建设。”市卫健委工作人员李伟介绍,“2025年底前,市级、涡阳、蒙城、利辛公立口腔专科医院要完成建设并投入使用。”


方案要求,我市将省医保部门增加的可支付口腔类诊疗项目纳入我市医保支付范围。启动口腔种植体系统耗材集中带量采购,降低种植体耗材成本。


据了解,目前我市现有二级及以上综合医院17家,独立设置口腔科的二级及以上综合医院15家(单独设置口腔科的比例达88%),二级口腔专科医院3家。未来,我市将建立健全市、县二级口腔卫生中心,构建专科医院、综合医院口腔科、基层医疗卫生机构和公共卫生机构各司其职、优势互补的牙病防治体系。


市卫健委工作人员李伟表示,通过该方案的实施,到2025年,我市口腔医疗资源供给和口腔专业人员数量将明显增加,群众就医的费用将明显降低,就医体验将大幅度提升,告别看牙贵、看牙难。By曹晴晴


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