让你自己的能量

再生制动和其他形式的能量捕获越来越流行,越来越有效。什么开始作为一种增加电动或混合动力汽车的范围正在应用于从绿色建筑的工业机器人。

汽车工业仍然是这项技术的主要驱动力。制动可以产生能量已经存在了一个多世纪。标准在今天几乎所有的电动和混合动力汽车,以及车辆的电子内容数量继续增长,它是找到应用程序在所有类型的车辆。它也是不断发展,变得越来越复杂和更有效率。

“你可以调整再生的水平”,Burkhard Huhnke说汽车的副总裁Synopsys对此。“这意味着,当你把你的脚踏板,汽车自动减速,你再生能源。你可以调整这个水平,因为有时候你只是想海岸红绿灯前刹车,例如。同样的能源要求加快汽车35到50英里每小时,但是通常当你刹车制动系统中所有的能量散失。这可以再生利用电机作为发电机和创造,在短时间内,电流回电池。这是一个巨大的电动汽车的优势,因为它们不需要额外的系统。如果你使用内燃机,你没有能量储存,这是电动汽车电池包。你没有电动马达,可以用作发电机如果你扭转局面。”

动力系统,重点是恢复大量的能量,通常从车辆的动能。

“人们一直在做再生制动一段时间,他们现在考虑再生悬浮液和同类的其他技术,”杰夫•米勒说,产品营销经理导师,西门子业务。“有很多工作在电力电子大国。碳化硅和氮化镓被用于一些高频操作,提供驱动动力系统。还有周围的方法把这些奇怪的电压工作有空的时候,它回包在一个有用的方式。”

另一方面,重点是为小型设备等传感器。各个地方在车上不方便运行权力从配件的主要电池或电池在电动汽车,如轮胎状态监测系统。

“今天的轮胎压力监测系统都是电池供电,但人们寻找下一代,尤其是卡车轮胎和重型车辆轮胎。他们看着我们如何更好地监测这些轮胎的寿命。我们可以把传感器在实际橡胶满足马路?,执行更多种类的传感和更荒凉的地方,振动能量收集或其他类似的东西开始有意义。”

收获能量在汽车空间的另一种方法是振动的车辆悬架,底盘和减震器吸收能量产生热量。“在这里,你失去能量范围的几百瓦到千瓦,”哈恩科。“现在的趋势是,而不是使用一个暂停,您可以使用一个压电元素,如果你把紧张这个元素产生电荷。当前可以流回电池系统的能量可以收获的悬架系统使用这种振动。只是身体的能量可以转化为电能。的结果是不可比的再生制动,因为它是更小的振幅,和整体的贡献你的电池充电是有限的,但至少它是。”

不过,再生是一个额外的机会保存车辆的制动系统,他指出。“你可以想象优化你的驾驶通过了解在拐角处,如果交通灯变红,然后你可以调整你的驾驶风格。这将节省大量能源,。在car-to-infrastructure场景中,你可以节省大量的能源,告诉汽车交通灯变红,所以慢下来,也许再生模式结合起来,这样你就可以最有效地运作。不幸的是,我们意识到我们今天的道路通常是红绿灯的比赛。”

在那里工作
能量收集重要的汽车系统,但不一定在SoC水平,库尔特·舒勒说,负责营销的副总裁Arteris IP。“在电动汽车和混合动力汽车系统,再生制动是普遍的,有收获的努力使用压电换能器振动能量微机电系统,但这种技术将成为主流需要一段时间。”

在SoC层面,首先Arteris IP看到能量收获是在2014年实现与TI SimpleLink CC26xx energy-sipping物联网芯片,设计是由一个单独的MEMS-based电源。即使这些芯片是相对简单的soc的处理观点,舒勒强调,他们从电源管理的角度来看是非常复杂的。有超过20种不同的功率和电压域动态电压频率扩展。

但能源再生也有其他应用程序。高级主管人Moxey电源产品Wolfspeed说,有两个主要的区域活动。“一是在汽车领域,你生成一些电,如果你不需要你汽车插入电网和出售多余的能量在峰值应用时间回电网。要做到这一点,你需要电源转换器的双向性。这可以是汽车电网或vehicle-to-home。第二个方面就是你发电更传统。如果你考虑电梯60-story建筑,不断地移动,循环制动的一半。电梯通常是20千瓦。”

这就变成了重要的新规定适用于商业和住宅建筑。2018年加州通过一项法律,要求所有新屋有太阳能。此外,美国能源部门发展绿色建筑指南,以及一组对国家实施的建议。公司采用了这些项目。事实上,Synopsys对此上个月宣布,它的目标是成为碳中性。Adobe也有类似的项目自2010年以来,微软自2012年以来。

“我们看到更多的推动led和太阳能,随着关于捕获浪费能源,”Moxey说。“和任何地方你有能量存储现场,这是更好的。如果你有太阳能电池板,一个网格饲料和银行的九个电梯,和你有自己的存储,您可以捕获能量并把它放到电池现场。我们看到更多的欧洲。房子小,这使得它更容易供应所需的能源人,和他们中的大多数太阳能。这节省了用另一种方式,因为如果你发送电力网格,40%是迷失在传播。”

这只是抓这种方法,表面。家庭或工业运动向前或向后移动,一旦停止能源可以被捕捉到。区别有他们不以最快的速度行动,所以制动/停止时间较短。因此,必须在几秒钟内被捕获或微秒的能量。

反过来,这决定了这种开关的要求。“你要用一个IGBT或场效应晶体管,”Moxey说。“关键是速度和它的复苏速度。因此,即使你有一个二极管,非常好,如果复苏缓慢,不工作。你也可以做一些像碳化硅材料在相同的电路用于将从交流到直流,然后使用一个整流桥将从直流到交流。原因在于,原文如此,流失源从下到上使用身体二极管。如果你用硅,你需要单独的二极管。”

这也改变了成本方程。而碳化硅每安培是更昂贵的,因为它可以切换快,磁学的规模较小,系统的总成本更低。

效率方程
在所有这些应用中,关键是效率。在电动汽车,可以显著增加英里每充电。

零排放宝马i3车辆

“自充电将需要更长的时间比以前,最很重要的练习场,”哈恩科说。”最重要的三个向量电动汽车的设计效率,效率,效率,优化电池的电流,比方说,在路上的牵引传动系,这是关键。在这里,特斯拉做得很好。效率是非常高的。他们有成千上万的小型解决方案整合到整个工程设计流程,使他们在冠军联赛的效率。但你如何比较当前消费和燃料消耗?每个人都知道英里每加仑。相当于对电动汽车通常是千瓦时每英里。”

成为未来竞争的主要衡量指标。“这只能通过一个优化工程设计方案从电池管理系统,其中包括逻辑,控制模块,所有的电子产品,并帮助支持司机与一个完美的电流,它们需要从油门踏板和需求,”他说。“这个优化,设计流程,是非常重要的。如果我在当前比较汽车行业,特斯拉赢得了至少25%更高的效率。关键是他们了解硬件和软件堆栈很好,,最后指电子和半导体”。

米勒认为,行业和消费者的需要开始考虑千瓦时每公里或英里/千瓦时。“现在,汽车工业正试图折叠成等价的英里每加仑。如果你看一个环境保护局对电动汽车贴纸,有英里每加仑,除了比较而言没有任何意义。消费者需要知道这将运营成本。它能帮助人们直观地理解不了这些事情,因为很多人没有一个很好的感觉。”

这回到动力系统效率和可以收获多少,否则会浪费主要是热在刹车和悬挂部件。”这是一个至关重要的东西我们将我们的基础设施从汽油动力电,”米勒说。“我们省多少钱,从一个真正的能源的角度和我们如何高效能使这些车辆。与传感器,汽车爆炸,如果你有一千车辆上的传感器,每一个都有一个按钮电池,这是一个很多电池发生变化。所以我们需要找到更好的方式来力量有些事情需要动力。”

这远不是一个简单的方程,米勒说。“我需要多大的容量?什么是我的总功率的这些连接传感器的测量和传输周期?的工作周期是什么?如果它间歇性地运作,还是需要操作在一个非常一致的时间表吗?向后的工作,工程团队可以确定电力系统应该是什么样子。我需要多少能量收获?我需要实现多大的容量?进入电子,电源管理芯片进入这些系统,越来越复杂的和复杂的。他们试图处理喝一点权力,和把它变成可以有效地储存在锂电池。”

更大的背景下
一般来说,能量收获和再生引出了一个更大的担忧和全球能量和功率利用率和关注周围的巨大数量的电脑服务的能力,当前存在的设备和数据中心。更多的计算资源可以用已经到位,无论是在数据中心或一辆汽车或智能建筑。

“发送数据从一个传感器在一个字段或一个工厂到数据中心在西雅图或其他地方非常饥饿,这是非常低效的,”克里斯说,导演嵌入式解决方案,汽车和物联网业务手臂。“降低能源消耗是很重要的,但如何不传输中的数据呢?过程你生成它,只有传输时需要传播有趣的一点。这很大程度上使得网络有效。”

能量收获时具体来说,有一个笑话:“如果一半的人口有所有这些网络连接电池供电的小部件,另外一半的人口将全职雇佣改变电池,“说海岸。“有一些真理。电池变化和电池生产成为一个巨大的问题。你可以从环境中获取能量越多,越需要这样做。不需维护的设备变得越多,他们持续的时间越长,电池使用越少,等等。只是这是一个的一个例子血糖测试装置产生足够的电力运行的血液测试从身体脱盖设备。发电机运行,产生足够的力量把你的血液样本,做一个测试和传播的结果。就是这样。它不需要电池。”

结论
无论是能量收获和再生在汽车应用中,电动汽车的能源效率,或更广泛的考虑更好的能源利用率,更将获得更高效的方法和半导体组件的设计方法,使所有这些应用程序成为可能。汽车工业仍然是发现和发展这些技术的最前沿,与许多机会对现有和新玩家在生态系统中扮演不可或缺的角色在未来汽车的效率。

编者斯珀林对此报道亦有贡献。

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