气候对电动车辆续航里程的影响。透由 Power Integrations InnoSwitch3-AQ可以做到简单高效的电源设计

电动车辆 (EV) 是许多政府减少碳排放计画的关键部分。随著越来越多的 EV 在更广泛的气候范围内投入使用，我们正在了解这些气候对 EV 的影响。本部落格将探讨气候对 EV 效能的影响、可能产生的问题以及一些正在部署的解决方案。

环境温度影响续航里程

虽然所有车辆都受到温度的影响，但 EV 因其系统以电池为中心而显得尤其敏感。电池透过化学反应工作，温度越低，反应速度就越慢，从而导致效率降低。

而更大的问题是温度。在没有内燃机 (ICE) 产生热量的情况下，EV 从电池中汲取电力来加热座舱。低温意味着窗户起雾，需要电动除雾器。在冬季，昼短夜长，导致车灯的使用频率增加。冰冷的轮胎以及在雪地和雪泥中行驶会增加滚动阻力。在炎热之际使用 AC 会从电池中获得更多的电量。即使是电池热管理系统也必须在极端温度下更加努力地运作。所有这些都会导致从电池中汲取更高的功率，进而减少用于推动车辆的功率。
 

外部温度对续航里程产生巨大影响

EV 制造商只公布标称温度下的续航里程资料，但也有一些研究考察了气候对可用续航里程的影响。

英国最近进行的一项关于电动车辆的研究表明，寒冷的天气会使电动车辆的续航里程降低 30%。美国汽车协会 (AAA) 2019 年的一项研究在 20°F 的温度下测试了五款车型，发现在车内没有暖气的情况下，续航里程降低了 12%，而在有暖气的情况下，续航里程进一步下降到 41%。

《消费者报告》(CR) 研究了多次短途旅行 (2019 年) 和高速公路驾驶 (2023 年)。短途行程测试显示，由于座舱反复升温，续航里程下降了 50%。高速公路行驶显示，在 16°F 的环境下，续航里程下降了 30% 至 35%。在 95°F 的炎热天气进行测试，结果显示，在没有空调的情况下，续航里程下降了 4%，而在使用 AC 的情况下，续航里程下降了 17%。

这些测试表明，寒冷的天气比温暖的天气更令人担忧。供暖和制冷是罪魁祸首，在中等寒冷的地区，续航里程降低 30%，在较冷的地区，续航里程降低高达 50%。
 

公共汽车面临的挑战

与电动乘用车相比，电动公车的载重量更大，行驶时间更长，这使其成为研究电池供电车辆面临的天气挑战的绝佳案例。

理想情况下，公车几乎全天都在使用。公车对供暖 (或制冷) 的需求也更大，因为每次公车停下来，车门都会打开，已经适应环境温度的空气就会流失，从而需要供暖或制冷新一波的空气。而且，虽然满员的公车在冬天会受益于乘客的温暖，但在夏天，他们会给气候系统带来额外的压力。

让我们看看有关在寒冷气候下安装电动公车的一些案例的经验教训，因为寒冷天气对 EV 的影响比温暖天气更大。
 

额外充电站

在芝加哥，冬季每日平均气温在 25°F 至 35°F 之间，2022 年最低气温为 -9°F。芝加哥运输管理局 (CTA) 从 2014 年开始试运行电动公车，并计划截至 2040 年拥有一支全电动车队。

CTA 在 66 路公车路线的两端建立了快速充电站，可以插到公车的车顶上。驾驶员不断地监控电池，防止电池耗尽，以免公车陷入困境。

在 66 号路线上，单程每行驶 10 英里，电动公车就会损失约 8% 的电池电量。在冬季，它们在充满电的情况下续航里程约为 100 英里，当公车电量低于 50% 时，驾驶员就需要充电。这意味着一辆公车在两次充电之间可以行驶大约六次。只要有足够的充电器，电动公车就可以行驶所有路线。

 

额外供暖器

不足为奇的是，CTA 报告称供暖是主要的电池消耗。为了应对这种情况，老式车辆新增了小型柴油发动机，为极端天气提供额外的热量，进而减轻了电池的部分负荷。订购的新公车有更新、更高效的热泵，因此它们不需要额外的供暖器。
 

交替计划

阿拉斯加州朱诺市也计划改用 100% 电动公车。该市订购的新型公车装有更大的电池，续航里程为 282 英里，预计在冬季将降至 182 英里，但仍足以覆盖该市的所有公车路线。该市计划在通勤路线上使用老式电动公车，这类公车的续航里程更有限，且只在高峰时段行驶。
 

技术改进

诸如 Letanda (一家位于加拿大魁北克省的电动公车制造商) 的公司正在开发专门为寒冷气候设计的公车。这些公车采用轻质铝制结构，为表面供暖以减少冷凝，在地板下供暖以提高乘客舒适度，同时最大限度地减少能源消耗。

电热泵不仅在建筑物中取代了传统供暖器，而且在大型车辆中也取代了传统供暖器，其效率高达四倍。Power Integrations 提供符合 AEC-Q100 标准的 InnoSwitch3-AQ 和 LinkSwitch-TN2Q 离线式切换开关 IC 产品，使适用于热泵的电源供应器设计简单高效。

未来展望

随著挪威奥斯陆等城市计划在 2023 年底前将其整个公共运输车队转换为电动车辆，这一领域有充足的创新和增长机会。虽然新公车和充电站的初始资本支出很大，但电动公车的营运成本要低得多，即使在极端天气下也是如此。例如，CTA 计算出驾驶一辆 40 英尺长的电动公车每英里的成本为 2.01 美元，而柴油公车每英里的成本为 3.08 美元，柴电混合动力公车每英里的成本为 2.63 美元。

运输管理局也寄希望于电动公车的价格会随著销量的增加而大幅下降。与此同时，了解和应对与气候相关的挑战，以确保成功过渡到更环保的未来，这一点至关重要。透过专注于解决方案和拥抱技术进步，无论天气如何，电动公车都可以成为一种可靠且环保的公共运输方式。

Power Integrations 支援开发装有 SCALE EV 闸级驱动器电路板的电动公车。用于汽车牵引变频器的单板解决方案同时通过了 AEC-Q100 认证和 ASIL 认证。它提供了各种运作安全功能，包括主动放电、主动短路功能和短路侦测的预测试。

SCALE EV 电路板的设计可满足非常大的安规距离和间隔距离，使设计符合增强型绝缘的要求，进而节省了数月的开发和认证时间。请观看此影片了解更多资讯。

参考资料:

Porwe Integratinos官方网站
氣候對電動車輛續航里程的影響 - Power Integrations

 

常见问与答

Q: 使用InnoSwitch3-AQ能为电动车带来什么优势?

A: InnoSwitch3-AQ具有空载损耗低，且转换效率高的特色，大大减少了电池的功耗损失。可提高电动车的续航能力。

Q: 使用InnoSwitch3-AQ最大功率可以到多少?

A: 在考量到温度表现、环境温度的限制，如果散热做得好，就能获得更高的功率。最大可以达到100W。

Q: 使用InnoSwitch3-AQ & LinkSwitch-TN2Q设计电源，两者的差异在哪?

A: 简单来说InnoSwitch-AQ适用于隔离式电源架构，LinkSwitch-TN2Q适用于非隔离式电源架构。

Q: 使用InnoSwitch3-AQ除了适用于热泵的电源供应器外，车用系统还有其它地方会使用到吗?

A: 有的。只要电动车上的系统需要12V或48V电源供应的地方，都有机会使用到InnoSwitch3-AQ作为电源电路设计。如OBC, APM, Inverter…等

Q: 使用InnoSwitch3-AQ设计100W电源，需要多大的散热片?

A: InnoSwitch3-AQ的热源会透过IC本身的Source引脚，将温度导到PCB铜箔上做散热。只要PCB的铜箔散热面积够大，是可以做到无散热器的设计。

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