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內(nèi)燃機(ICE)正進入衰退期。現(xiàn)在，許多政策制定者都針對銷售僅以ICE驅(qū)動的新車實施法律限制。因此，業(yè)界圍繞著混合動力系統(tǒng)展開了大量活動，即將ICE與某種形式的電力輔助進行結(jié)合。在輕度混合動力車中，所使用的電池通常可以透過來自ICE的能量進行充電。這種所謂的自充電混合動力車可幫助消費者轉(zhuǎn)向電動車(EV)，同時又能避免為了充電而尋找電源插座的問題。


來自電池的電量與來自ICE的電量之間如何取得平衡，決定了混合動力的「輕微」程度。更大的電池與更大功率的馬達相結(jié)合，將會使指針更偏向於天平的純電動一側(cè)。純電動車(BEV)當(dāng)中沒有ICE，而是完全依靠電網(wǎng)獲取能量。還有其他與此相關(guān)的問題，例如必須建立公共充電基礎(chǔ)設(shè)施而為支援純電動車用戶體驗提供支援。但對於純電動車，除了插電之外別無其他選擇。


其他形式的替代能源也還在開發(fā)中。最有前途的方法之一是在燃料電池中使用氫氣——將儲存在氫氣中的能量轉(zhuǎn)化為電能。這種應(yīng)用將會促進燃料電池電動車(FCEV)的發(fā)展。雖然能量在BEV和FCEV中的儲存方式不同，但二者都能產(chǎn)生用於為馬達供電的電能。另一項正在開發(fā)的技術(shù)涉及使用超級電容器來儲存電能。超級電容器類似於電池，可以反覆充電和放電，但兩者內(nèi)部差異很大。超級電容器可以快速充電和放電，也即能夠提供比電池更高的功率，但儲存的總能量更少。


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這些技術(shù)中的每一種都有其局限性。電池充電需要時間，燃料電池釋放能量緩慢，超級電容器則儲能能力較低。但它們都能發(fā)電，這是電動車所需的基本「燃料」。也許，在不久的將來，「混合動力」一詞可能會演變?yōu)橛脕砻枋鼋Y(jié)合所有三種技術(shù)而能提供適當(dāng)用戶體驗的車輛。


續(xù)航里程不長和無法進行快速充電被認(rèn)為是消費者不願意轉(zhuǎn)向純電動車的兩個原因。毫無疑問地，汽車產(chǎn)業(yè)和公共部門必須克服這種不情願性。透過將電池、燃料電池和超級電容器結(jié)合使用，每種技術(shù)就都有可能在需要的時間和地點提供能量。例如，可以透過將燃料電池技術(shù)與快速充電超級電容器相結(jié)合來提供良好的加速，從而解決里程問題。


雖然今天還沒有看到這種潛在新混合類別的例子，但是這是產(chǎn)業(yè)未來可以追求的一個方向，並且能以目前存在的技術(shù)為基礎(chǔ)。


汽車無線化


儲能並不是汽車產(chǎn)業(yè)唯一的創(chuàng)新領(lǐng)域。汽車與通用基礎(chǔ)設(shè)施及其車載系統(tǒng)之間的聯(lián)繫變得越來越密切。總的來說，車輛產(chǎn)生的資料量正呈指數(shù)級成長。無線技術(shù)避免了支援這種互連所需的佈線成比例增加。


電線既貴又重，而且佔空間。另一方面，無線連接實際上則是無重量的，但是其確實需要進行精心設(shè)計，而天線則是系統(tǒng)中最關(guān)鍵的方面之一。隨著汽車製造商在從MHz級的低頻到GHz級的高頻範(fàn)圍內(nèi)採用更多類型的無線連接，天線設(shè)計和位置變得越來越重要。隨著5G連接能力進入車輛，據(jù)此提供V2X和自動駕駛等關(guān)鍵任務(wù)連接，這些設(shè)計考慮將變得更加重要。支援全自動駕駛所需的資料基礎(chǔ)設(shè)施將嚴(yán)重依賴於無線技術(shù)，包括Wi-Fi和5G。


無線化帶來了許多挑戰(zhàn)，尤其是因為車輛仍然主要使用大型壓製金屬面板製造。雖然金屬很難完全被取代，但這一現(xiàn)實卻正在發(fā)生中。汽車設(shè)計和製造越來越多地使用玻璃和塑膠。大多數(shù)類型的玻璃和許多塑膠對無線電波是可穿透的。這種可穿透性對於開發(fā)使用無線連接的電子系統(tǒng)工程師來說是個好消息。這還可以使汽車設(shè)計人員探索新的概念。例如，全玻璃車頂變得越來越普遍，這種新穎設(shè)計提供了在車頂空間安裝天線的方案，據(jù)此得以暢通地到達玻璃孔。


隨著對無線連接需求的增加，這可能會推動更多利用玻璃和塑膠的設(shè)計新時代。當(dāng)然，這也需要與設(shè)計更實惠、可維護、可回收車輛的需求相平衡。


一般而言，電動車在機械上比內(nèi)燃機汽車更簡單。這種簡單性意味著可以將其設(shè)計得更持久、更容易維修和維護，並且可實現(xiàn)高度回收。然而，電動車中的電子系統(tǒng)將更加多樣化，並且在自動駕駛的情況下會變得更加複雜。功率消耗、動力和電子系統(tǒng)之間的平衡將發(fā)生變化，這也可能對所採用的儲能系統(tǒng)類型產(chǎn)生影響。
自動駕駛所引發(fā)的思考


塑造汽車設(shè)計、所有權(quán)和利用未來的另一個主要趨勢是自動駕駛。所有權(quán)和自動駕駛之間的相關(guān)性變得越來越強，許多人認(rèn)為，第一批全自動駕駛車將會是計程車和共乘方案。這一理論可以用經(jīng)濟學(xué)來解釋：自動駕駛電動車的購買成本高昂，但運行成本較低，因此要獲得回報，車主需要提高利用率。


大多數(shù)私人擁有的車輛大部份時間都停在某個地方。這意味著每英哩的成本很高。另一方面，計程車和其他服務(wù)車輛則大部份時間都在營運中。提高使用率可降低每英哩的成本，如果這一成本得以加成，就像計程車一樣，它就會轉(zhuǎn)化為正投資報酬率。


在此一個令人振奮的研究領(lǐng)域是自動飛行電動計程車。這聽起來像是科幻小說，但這卻正在發(fā)生中。它之所以別具意義是因為許多旅程都很短，而且是在擁擠的城市中。在城市上空飛越可減少道路層面的擁堵。現(xiàn)在已經(jīng)有幾個試點計劃正在運行，並且已經(jīng)花費了數(shù)百萬美元的研究資金以使其成為現(xiàn)實。在自動駕駛營運方面，進入第三維度很有意義。即使在低空，天空中也沒有道路、建築物或行人。天空給了自動駕駛車很大的自由，唯一的障礙是其他飛行器。


進入第三維度將會提升對可靠無線連接的需求。預(yù)設(shè)情況下，無線技術(shù)是全向的。現(xiàn)代系統(tǒng)更具辨識能力——可以使用相控陣天線和MIMO (多入多出)來引導(dǎo)射頻(RF)能量並盡可能提高可用頻寬。覆蓋範(fàn)圍也可能是一個考慮因素。城市地區(qū)的陸面收發(fā)器可能永遠不會離5G基地臺或等效基地臺很遠，但空中車輛的分佈將會更加廣泛和分散。障礙物越少，無線訊號應(yīng)能傳播得越遠，其所受到的干擾和多徑失真也會越少。空中車輛也將影響系統(tǒng)的設(shè)計方式。


支持汽車創(chuàng)新


如今有幾種基礎(chǔ)技術(shù)對於汽車產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新提供了支援。無線連接和天線設(shè)計是其中之一。寬能隙(WBG)半導(dǎo)體開關(guān)是另一種技術(shù)。這些汽車創(chuàng)新是碳化矽(SiC)和氮化鎵(GaN)等技術(shù)所能產(chǎn)生真正影響力之處。


寬能隙半導(dǎo)體通常比普通矽元件提供更高的效率。其使用對電源系統(tǒng)的設(shè)計方式有多種影響。受影響的中央系統(tǒng)包括電池管理系統(tǒng)、車載充電器和車外充電器。電源逆變器用於將來自電池(或同類產(chǎn)品)的直流電(DC)轉(zhuǎn)換為交流電，進而驅(qū)動馬達。這些系統(tǒng)的效率對行駛範(fàn)圍有直接影響。


開發(fā)人員可以透過以更高的開關(guān)頻率運行功率元件來實現(xiàn)更高的效率。提高頻率對開關(guān)電路中所使用的被動元件和磁性元件具有設(shè)計意義：一般來說可以使其更小，無論是規(guī)模還是價值。開關(guān)元件本身也在縮小尺寸，因為其可以在更高的溫度下工作。因此，就能得到整體體積更小的系統(tǒng)。


這些挑戰(zhàn)在今天都是真實存在的，為了促進汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在需要正確且有力的驅(qū)動技術(shù)，這正是像國巨集團等供應(yīng)商能夠真正發(fā)揮積極影響力之處。